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肿瘤液体活检:无创产前筛查之后的百亿级“蓝海”

2018-1-11| 编辑: 小桔灯网| 查看: 435| 评论: 0|来源: 美柏研究

摘要: 无创产前筛查(NIPT)是基于检测血液中DNA片段的高通量测序技术,可用于检测胎儿染色体疾病。无创产前筛查是目前国内临床上唯一获批的基因检测技术,同时也是基因检测行业应用最为广泛的明确场景,随着二胎政策的开放 ...

无创产前筛查(NIPT)是基于检测血液中DNA片段的高通量测序技术,可用于检测胎儿染色体疾病。无创产前筛查是目前国内临床上唯一获批的基因检测技术,同时也是基因检测行业应用最为广泛的明确场景,随着二胎政策的开放和基因检测成本的下降,预计可达百亿市场规模。与无创产前筛查同属于临床基因检测范畴,肿瘤液体活检技术尚未获得广泛临床应用。肿瘤液体活检会不会成为临床基因检测的下一个爆点?中国又可以从美国肿瘤液体活检公司的发展中汲取哪些经验呢?


基因检测领域的一支独秀:无创产前筛查


1997年,香港中文大学卢煜明教授第一次发现了孕妇血清中存在的胎儿游离DNA,打开了无创产前筛查的大门。无创产前筛查基于二代基因测序技术,仅需取孕妇静脉血即可检测胎儿遗传性疾病,相比传统的血清筛查和羊水穿刺更加安全,灵敏度更高。


无创产前筛查技术显现出的巨大临床应用前景,引得国内外基因测序公司竞相参与这一领域的布局。


2017年1月,美国五家领先的基因检测公司Counsyl, Illumina, Progenity, Natera和Laboratory corporation of America’s speciality lab Intergrated Genetics共同宣布成立产前筛查联盟(CAPS),旨在为孕妇提供更加全面精准的医疗服务。国内也于2016年10月正式取消无创产前筛查试点,意味着整个产业已逐步进入正轨发展的轨道。


时至今日,无创产前筛查已成为临床基因检测领域的最成熟的市场之一。随着二胎政策的开放,我国将迎来生育高峰期,据估计至2022年无创产前筛查市场容量可达百亿级别。


无创产前筛查的成功能否复制到肿瘤液体活检领域?


无创产前筛查技术的成熟和成功发展,证明了基于循环肿瘤DNA (ctDNA)检测的二代基因测序技术的巨大临床价值。


肿瘤液体活检与无创产前筛查同属临床基因检测范畴,肿瘤液体活检不仅通过检测体内肿瘤释放出的ctDNA,还可通过检测血液中的循环肿瘤RNA(cfRNA),循环肿瘤细胞(CTCs)以及外泌体来实现对肿瘤的早期筛查,病程监测以及预后判断。


无创产前筛查与肿瘤液体活检的发展都依赖于高通量高精度的基因测序手段,大样本的数据平台以及精确的基因测序结果解读。


与此同时,肿瘤液体活检又具有无创产前筛查难以比拟的优点:


(1)相比于无创产前筛查只针对孕妇人群,肿瘤液体活检针对的癌症种类众多,针对人群更广泛,有更广泛的竞争机会;


(2)肿瘤液体活检可与疾病的预防,诊治和预后等多个环节对接,使用频次更高,与临床的衔接更紧密。肿瘤液体活检与传统方法相比更加安全,方便。


相比于无创产前筛查技术的成熟,目前肿瘤液体活检在临床上的应用仍处于起步阶段,相关政策尚未成熟,创新的基因检测手段如靶基因富集等仍需提升,因此肿瘤液体活检还存在着很大的竞争空间,可能是临床基因检测领域继无创产前筛查之后的下一个“爆点”。



▲图1:无创产前筛查和肿瘤液体活检对比

(表中市场容量数据来自于国信证券研报)


▲图2:肿瘤液体活检与传统方法的比较


肿瘤液体活检介绍


肿瘤液体活检是一种非侵入式的血液测试,能监测肿瘤或转移灶释放到血液的CTCs、ctDNA碎片或者外泌体。其中ctDNA是肿瘤细胞释放入血液中的DNA片段,适用于早期筛查,个性化用药指导,耐药性监测等;CTCs是实体肿瘤或转移病灶释入外周循环血的肿瘤细胞,适用于预后判断,疗效检测等。


1.循环肿瘤DNA (Circulating tumor DNA, ctDNA)检测


循环肿瘤DNA (ctDNA)是存在于血液中的 DNA片段。ctDNA有多种细胞来源,在体液中存在的时间非常短,例如从血液透析病人中提取出来的ctDNA的半衰期仅有4min左右。ctDNA片段的来源复杂性和半衰期短的特性,对其检测手段的特异性和灵敏性提出了较高的要求。目前,ctDNA检测的主要技术手段包括:BEAMing,数字 PCR,ARMS-PCR,TAM-Seq,CAPP-Seq,NGS等。


2.循环肿瘤RNA (Cell- free RNA, cfRNA)检测


近年来研究发现,非编码RNA (ncRNA)在多种生理过程和疾病发展过程中都有重要作用。cfRNA的稳定性和易处理性使它相比于其他生物标记物有更大的临床应用潜能,但目前对于cfRNA的研究仍处于探索阶段。


3.循环肿瘤细胞 (Circulating Tumor Cells, CTCs)检测


原位肿瘤中的一些细胞通过上皮间质转化(EMT)获得异常活动的能力,从原发位点脱离形成循环肿瘤细胞(CTCs)并转移到新的位点,通过间质上皮转化(MET)进一步形成转移灶。


目前已在多种癌症中发现CTCs的存在,CTCs和肿瘤病程,侵袭性高度相关。在外周血中的CTCs可以以单个肿瘤细胞的形式存在或者聚集成肿瘤细胞簇,肿瘤细胞簇恶性程度更高。CTCs在外周血中含量极低,因此目前CTCs的富集和检测是其临床应用面临的最大挑战。

基于微流控芯片技术的CTC分离富集仪器具有成本低,灵敏度高等优点,在循环肿瘤细胞检测领域获得较多关注。


4.外泌体检测


外泌体是细胞外纳米级小囊泡,包含多种细胞成分(DNA, miRNA,单链RNA, ncRNA等)。外泌体可以携带蛋白,运送RNA,在细胞间物质和信息转导中起重要作用。肿瘤细胞产生的外泌体和肿瘤组织有很好的相关性,可用于肿瘤的诊断,检测和预后分析等。目前外泌体检测在肿瘤液体活检中的应用仍然处于起步阶段。


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▲图3:ctDNA/RNA, CTCs,外泌体应用比较


“是”表示已有研究可供参考,“否”表示方法不可行或未有相关研究

(Nature Reviews Clinical Oncology. 2017)


中美两国肿瘤液体活检及公司技术对比


1.中美两国液体活检概述


中美两国液体活检公司近年来都受到许多关注。


今年3月,美国液体活检公司Grail获得9亿美元投资,是液体活检公司目前获得的最大投资,Guardant Health, Freenome和RareCyte紧随其后,仅2017前半年,美国液体活检公司融资金额已达13亿美金。我国液体活检领域投资总额同样呈稳步上升趋势。


中美两国的液体活检公司投资金额和数量在2015年都达到了一个小高峰,这离不开相关政策的扶植。


2015年,奥巴马政府启动精准医疗计划,将基因技术列为项目重点。同年,我国科技部牵头召开国家首次精准医疗战略专家会议,提出中国精准医疗计划——2030年前,中国精准医疗将投入人民币600亿元,其中中央财政支付200亿元,企业和地方财政配套400亿元。


在一份来自高盛的投资报告中,预测在未来5-15年,肿瘤液体活检领域仍有较大增长潜力,有望在全球范围内达到230亿美元规模。同时,美国液体活检产业发展较早,技术和相关产品较为成熟。国内液体活检公司多处于起步阶段,仍可从美国液体活检产业的发展路径中汲取经验。




▲图4:中美两国液体活检公司投资总额和公司数量的对比,点击可查看大图


(图片来自http://thefierceconsultant.com/2 ... -years-china-vs-us/)


2.中美两国基因检测产品审批流程


美国基因测序产业由医疗保险和医疗补助服务中心(CMS)、食品及药品管理局(FDA)和联邦贸易委员会(FTC)共同监管,而CMS主要通过《临床实验室改进法案修正案》(CLIA)监管消费级和科研级应用。CLIA可根据市场需求,快速开发实验室的临床项目,弥补了基础研究和转化的脱节。


因此,大部分美国液体活检公司都是通过CLIA认证而非FDA认证。中国也借鉴了这种方式,由CFDA和卫计委共同审批基因测序产品。

3.中美两国液体活检公司技术对比


美国的液体活检技术多基于CTCs检测,且研发实力较强,大多有自己独立研发的基于微流体技术的检测平台或仪器,而国内独立研发CTCs检测仪器的公司并不多。国内液体活检技术多基于ctDNA检测,不同公司的ctDNA检测能力参差不齐。同时具有临床试点资质的医院比较少,样本资源有限,因此这些公司可能面临一个整合阶段。


由于ctDNA在血液中含量低,在测序前使用靶向富集技术可缩短测序流程,节省成本,对基于ctDNA的检测技术有重要意义。


美国的液体活检公司积极在这一技术上布局。如2015-2016年间,美国Roche公司先后收购 AbVitro、Ariosa Diagnostics和 CAPP Medical三家具有靶向富集核心技术的公司。而国内相关核心技术仍然欠缺。


与此同时,美国液体活检公司已于2015年开始开发基于外泌体检测的液体活检技术。外泌体包含多种细胞成分,相比于CTCs, ctDNA性质更加稳定,特异性可能更高。


2015年6月,MD Anderson癌症中心主任 Raghu Kalluri及其研究团队在《自然》上发表研究成果,证明胰腺癌的癌细胞外泌体可作为早期胰腺癌的筛查指标。


基于此项技术建立的公司Codiak BioSciences近年来备受关注,两年来已获得1.6亿美元投资。相比之下,国内尚未有基于外泌体检测技术的公司。


美国液体活检公司多由顶尖科学家团队创立,可见创新技术在行业发展中的重要意义。拥有核心研发能力和自主开发数据分析方法的检测公司将具有发展潜力。


结语:肿瘤液体活检希望与挑战并存


肿瘤液体活检作为非侵入性获取样本的方式,是基因检测的“入口”,也将是基因检测在临床的重要应用之一。肿瘤液体活检可与多个诊疗过程对接,为肿瘤早期筛查,个性化用药,肿瘤病情的即时检测与精准化医疗提供了可能。


与此同时,肿瘤液体活检也面临着重重挑战,如目前大部分肿瘤液体活检产品都是围绕少数几个靶点基因展开,产品较单一,亟需新的科研成果的助力;肿瘤异质性大,部分肿瘤依靠现有的富集方法依然很难在血液中检测到ctDNA,CTCs等;深度二代测序指导个体化治疗价格高昂,暂时难以被接受等。随着对基因组学的更深入探索与测序技术的日益成熟,肿瘤液体活检必将突显其愈加重要的价值。


参考文献


[1]Macías, M., Alegre, E., Díaz-Lagares, A., Pati?o, A., Pérez-Gracia, J. L., Sanmamed, M., ... & González, A. (2017). Liquid Biopsy: From Basic Research to Clinical Practice. Advances in Clinical Chemistry.

[2] Siravegna, G., Marsoni, S., Siena, S., & Bardelli, A. (2017). Integrating liquid biopsies into the management of cancer. Nature Reviews Clinical Oncology.

[3]http://thefierceconsultant.com/2017/06/26/the-analysis-of-the-liquid-biopsy-in-the-past-5-years-china-vs-us/



作者:倪楠

本科毕业于吉林大学,现在德州农工大学(Texas A&M University)攻读生殖学方向博士。长期关注中美医健行业发展。现任美柏医健研究员。

 


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