之江生物核酸检测提速 有望使上海等地未来核酸筛查提速6—7倍
( 2020年5月29日 )


  如何缩短新冠病毒核酸检测时间,是当前疫情防控的一个重要科技问题。在市科委等部门布局支持下,上海科研机构和科技企业正通过多条技术路径,研发速度快、准确率高的新冠病毒检测产品。最近,上海之江生物科技股份有限公司经过半个多月高强度攻关取得重要突破——将核酸检测时间从原来的2小时左右缩短到1小时左右。

  这家企业还储备了8份样本混合检测技术,有望使上海等地未来的核酸筛查提速6—7倍。

  优化程序“精打细算”时间

  世界卫生组织近日公布《新冠病毒检测产品应急使用清单》,全球共有9家企业研发的产品入选。其中,中国企业有4家,分别是之江生物、华大基因、达安基因、卓诚惠生。作为上海企业,之江生物在近年来3次国际传染病疫情中研发的病毒检测产品,都得到世卫组织推荐。

  虽然产品质量获国际权威机构认可,但这家企业并没有停止研发脚步。“半个多月前,我们开始研究如何加快检测速度,每天工作14个小时左右,做了大量实验,争取在核酸检测的各个步骤压缩时间。”之江生物研发总监张捷说。

  据介绍,病毒核酸检测分两大环节:样本核酸提取和PCR(聚合酶链式反应)扩增检测。前者原本需21分钟,后者需约1小时30分钟,再加实验人员操作时间,整个检测过程耗时约2小时。

  核酸提取环节可提速的余地不大,但研发团队还是“精打细算”,将时间压缩到十几分钟。例如“磁珠吸附”这个步骤,原先的操作时间是1分钟,研发团队做了多次实验后发现,用磁铁吸磁性颗粒30秒,就能完成磁珠的吸附;如果少于30秒,磁珠可能会吸附不完全。就这样,他们在实验室里“抠”掉30秒,若干个30秒的累积就省下了几分钟。

  “这种检测程序优化工作,我们做了不少。”之江生物董事长邵俊斌说,以前的检测程序是通用性的,适合各种病原体检测,而为了提高新冠病毒检测速度,他们做了针对性研究,在不改变技术的情况下省下很多时间。

  采用新“浓缩液”和聚合酶

  在原本耗时超过1小时30分钟的PCR扩增检测环节,邵俊斌带领团队多管齐下,将时间压缩至40多分钟。

  PCR扩增检测如何进行?在PCR扩增仪中,能与病毒核酸结合的引物在DNA(脱氧核糖核酸)聚合酶作用下延伸,并与因高温而解链的DNA结合,变成2条链。PCR扩增仪再次调高温度后,DNA再次解链,引物又会延伸并与之结合,变成4条链。如此升温、降温反复进行,病毒中的核酸片段呈指数级扩增。在此过程中,荧光探针能识别出病毒中的核酸片段,发出荧光,从而被仪器检测出来。

  为了让DNA变性解链,检测仪器要将PCR体系加热至95摄氏度,升温时间较长。针对这种情况,他们反复实验后,压缩了PCR体系的多个组分体积,研制出新款“浓缩液”,从而显著缩短升降温时间。“这好比烧水,我们把一壶水减少到半壶,烧开的时间就短了。”张捷解释说,“当然,在压缩体积的同时,要保证其中核酸的体积尽量不变,否则检测灵敏度会受到影响。”

  通过性能测试,之江生物还找到一种新的DNA聚合酶,能让PCR的酶满足快速反应需求。由于采用新材料,之江生物正在研发的新技术、新方案在上市前,预计要向国家药监局申请新的医疗器械注册证。目前,这一提速攻关项目处于开发定型阶段。邵俊斌表示,他们力争尽快定型,随后开展注册验证和临床试验。完成这些工作后,即可申请医疗器械注册证。

  完成8份样本混检技术储备

  与此同时,之江生物还研发混样浓缩检测技术,这种技术适用于阳性率较低人群的核酸筛查,在武汉全市新冠病毒核酸筛查中已投入使用。目前,之江生物基本完成8份样本混合检测技术储备,可以将8人的咽拭子样本混合在一起,再提取核酸,从而将检测通量提高8倍,检测速度随之提高6—7倍。与常规混样不同,他们加入了核酸浓缩步骤,保证检测灵敏度不会降低。

  混样检测的基本思路,是如何用高效的方法在阳性率较低人群中,找到那些检测呈阳性的人?答案有点像脑筋急转弯:如果把人群分成多人一组,对每组混合样本进行检测,发现阳性组后,再对这些组中每个人分别检测,其效率会大幅高于常规的个人检测。专家说,混样检测通常是6人、8人、12人、24人一组,实际操作中最高出现过1024人一组。

  邵俊斌说,“储备好这种技术后,有望大幅提高检测速度和效率,为城市安全和经济发展保驾护航。”


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