由新型冠狀病毒感染肺炎(以下簡稱新冠肺炎)正在全球蔓延，核酸檢測被定為判斷是否確診為新冠肺炎的主要診斷依據(jù)。
針對核酸檢測，機械制造及自動化專家、中國工程院院士、西安交通大學教授蔣莊德及其團隊發(fā)表了他們的看法，“核酸檢測效果不僅取決于高質(zhì)量的試劑盒，還有一樣十分關(guān)鍵的檢測設(shè)備——實時熒光定量聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)核酸檢測儀器，而后者的重要性往往被大家所忽視?！笔Y莊德告訴《中國科學報》，實時熒光定量PCR檢測儀的特異性、敏感性、穩(wěn)定性高，有助于早診斷、早治療。核酸檢測的準確率離不開高質(zhì)量的試劑盒與其相互匹配的高端儀器。
歷經(jīng)漫長堅守，蔣莊德與10年前加入團隊的西安交通大學彭年才教授攻堅克難，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)新型實時熒光定量PCR儀，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，打破了我國此類高端儀器設(shè)備完全依賴進口的局面。在此次新冠肺炎疫情中，這些設(shè)備遍布全國各地一線醫(yī)院，正發(fā)揮著重要作用。
檢測利器缺一不可
“老百姓誤以為有了試劑盒就能進行有效的核酸檢測了，而事實上是，必須依賴核酸檢測試劑和儀器設(shè)備的相互配合。就像打印機，要想打印出一份文件，必須打印機本體和墨盒、打印紙張同時具備才可完成?！迸砟瓴疟硎荆瑧?yīng)給予PCR檢測儀和試劑盒同樣的關(guān)注。
彭年才長期專注PCR等先進分子診斷基因檢測技術(shù)的研究和產(chǎn)品開發(fā)，于1997年孵化出高新科技企業(yè)西安天隆科技有限公司(以下簡稱天隆科技)。經(jīng)過20多年的發(fā)展，該公司已成為國內(nèi)基因檢測、分子診斷領(lǐng)域的創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者之一。
2019年年底，新冠肺炎疫情爆發(fā)后，天隆科技研發(fā)團隊第一時間啟動了應(yīng)急機制。今年1月12日，新型冠狀病毒基因序列信息公布后，根據(jù)新冠病毒的基因序列，研發(fā)團隊在一周內(nèi)迅速研發(fā)出“新冠狀病毒核酸檢測試劑盒”，并相繼完成其驗證、質(zhì)控和批量生產(chǎn)等。據(jù)第三方檢測機構(gòu)測試，試劑盒檢測靈敏度達200copies/mL，靈敏度高、特異性好，臨床反饋穩(wěn)定、可靠。
“試劑盒的質(zhì)量和研發(fā)速度取決于已有基礎(chǔ)和過去的長期積累。事實上，乙肝、艾滋病、SARS等各類病毒核酸檢測試劑盒的技術(shù)特征、工藝流程等基本是一樣的，而正是因為過去我們長期的積累和投入，才能快速響應(yīng)疫情需求?！迸砟瓴耪f。
在彭年才看來，與其配套的實時熒光定量PCR儀也十分關(guān)鍵?！安还苁鞘裁床《荆琍CR核酸檢測儀器是基本不變的，但是儀器的研制過程極為困難?！?/span>
PCR技術(shù)是典型的分子診斷技術(shù)，由于引入了PCR熱循環(huán)和基因體外擴增的高靈敏性特征，使得其能對病原體或特定基因進行高效、特異性擴增和檢測。也就是說，患者一旦被感染便能及時準確檢出病毒，窗口期短，從而抓住寶貴的治療時間。
目前，《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》及美國疾病控制與預(yù)防中心和世界衛(wèi)生組織都把實時熒光PCR核酸檢測確定為新冠肺炎病例確認、疑似排除和出院的依據(jù)。
團隊研制的第二代實時熒光定量PCR儀器實現(xiàn)了快速核酸提取和精確擴增檢測，全封閉全流程自動化操作也為一線醫(yī)護人員的健康安全提供了保障。目前，針對這次疫情，天隆相關(guān)檢測試劑和設(shè)備已在武漢疾控中心、武漢同濟醫(yī)院、武漢金銀潭醫(yī)院、方艙醫(yī)院移動實驗室及全國多家疾控中心和醫(yī)療機構(gòu)用于新冠病毒核酸檢測，滿足國家重大需求。
國產(chǎn)儀器擔當重任
高端儀器設(shè)備國產(chǎn)化一直是相關(guān)科學家和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的重點，生物醫(yī)學領(lǐng)域更是如此。在蔣莊德看來，此次疫情更是給高端國產(chǎn)儀器的緊迫性需求敲了一個“警鐘”，因其理論瓶頸多、技術(shù)難度大等，需要產(chǎn)學研界的共同長期堅守、甘于寂寞，發(fā)揮科學家和工匠精神。
早在10年前，實時熒光定量PCR儀已被多個國際組織和國家認定為病原體檢測、突發(fā)傳染病診斷、生物污染和疫情監(jiān)測的重要依據(jù)。那時，國內(nèi)應(yīng)用的此類儀器幾乎全部依賴進口，其價格昂貴、需求量大讓我國在重大疾病防控方面頻頻陷入被動局面。
一直以來，核心技術(shù)被“卡脖子”是PCR儀器國產(chǎn)化難以逾越的鴻溝。蔣莊德和彭年才團隊不斷探索，突破了多通道熒光檢測和熒光定量技術(shù)，在保證熒光采集速度快的同時保持了極高的靈敏度、信噪比及抗干擾性;設(shè)計出一套基因擴增定量分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了PCR擴增結(jié)果實時定量，以及實現(xiàn)PCR熱循環(huán)基因擴增和高分辨分析等。
“得益于國家科技部、國家重大研發(fā)計劃、國家自然科學基金委等項目的長期支持，我們實現(xiàn)了從第一代定性PCR儀器，到廣泛使用的第二代實時熒光定量PCR儀器，在核心技術(shù)、制造工藝、性能指標等各方面實現(xiàn)了與國際旗鼓相當?shù)乃?，價格則低于國外同水平的產(chǎn)品。”彭年才自豪地說。目前，PCR儀器的國產(chǎn)化率已達到30%-40%。
這一國產(chǎn)第二代實時熒光定量PCR儀器不僅在此次新冠肺炎疫情中“擔當重任”，它們已在2009年甲型H1N1、非洲埃博拉病毒、艾滋病以及豬瘟等突發(fā)傳染病中被國際社會所“檢閱”，且廣受認可。
去年年初，蔣莊德和彭年才團隊再次獲得國家重點研發(fā)計劃“重大科學儀器設(shè)備開發(fā)”重點專項的支持，進一步研發(fā)“熒光數(shù)字基因擴增單分子檢測儀”。
這一次他們要將儀器再次升級為第三代“數(shù)字PCR”，“它相比熒光定量PCR具有更好的靈敏度和精確性，尤其在痕量核酸定量分析、稀有突變檢測、核酸拷貝數(shù)變異和基因表達微小差異等精準醫(yī)學和生命科學研究中具有顯著優(yōu)勢?！迸砟瓴耪f。
加快轉(zhuǎn)化關(guān)鍵在用
多年的研發(fā)和市場推廣經(jīng)歷，讓彭年才較為感觸的是，產(chǎn)學研用四位一體，高新技術(shù)是基礎(chǔ)，但“用”也尤為關(guān)鍵?！叭绻袌霾涣私獠徽J可，再高水平的成果，其價值會大打折扣?！?/span>
近年來，關(guān)于核酸檢測的新技術(shù)、新成果也不斷涌現(xiàn)。
比如，美國布羅德研究所、加州大學伯克利分校的研究團隊曾相繼開發(fā)出基于基因編輯技術(shù)的核酸檢測工具。利用CRISPR系統(tǒng)中的效應(yīng)蛋白，可快速檢測RNA或DNA分子。通過后續(xù)優(yōu)化，研究者可通過微型試紙條實現(xiàn)病毒檢測。
“實現(xiàn)核酸病毒的快速檢測，在科學原理層面已經(jīng)被證實是可行的了”， 清華大學藥學院研究員李寅青表示，“難的是讓這些成果走出實驗室，立刻產(chǎn)生實際作用，就像尋常百姓家庭用的溫度計。”
國內(nèi)一位開發(fā)基于CRISPR系統(tǒng)的核酸檢測工具的研究者告訴《中國科學報》，新技術(shù)“從實驗室到臨床有相當?shù)木嚯x，還需要時間來打磨。”
“疫情之后，我們還需認真梳理如何發(fā)揮科技硬實力服務(wù)國家重大需求的作用，特別是儀器科學領(lǐng)域，需要有著長期連續(xù)性的支持和投入，營造允許失敗的寬松環(huán)境，形成產(chǎn)業(yè)全鏈條發(fā)展的良好機制，加快科技成果轉(zhuǎn)化，只有這樣，我們才能在堅實的積累中取得突破?！笔Y莊德說。
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