蓬勃发展IVD, 5倍+速度助力引物探针开发



近年来,我国IVD产业发展迅速,国内市场容量向千亿元级迈进。

分子诊断作为体外诊断(IVD)领域发展最快的细分行业,具有检测时间短、灵敏度更高、特异性更强等优势,被广泛应用于传染性疾病、血液筛查、遗传性疾病、肿瘤伴随诊断等领域。

蓬勃发展IVD, 5倍+速度助力引物探针开发

1、分子诊断技术

分子诊断是指以DNA和RNA核酸为诊断材料,使用分子生物学技术检测人体是否携带病毒基因、是否存在缺陷基因以及是否存在表达异常。 分子诊断是预测诊断的主要方法,既可以实现个体遗传病的诊断,又可以实现肿瘤早筛。

分子诊断大致可分为PCR技术、基因测序、荧光原位杂交和基因芯片等。

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图1:分子诊断技术的分类

目前国内分子诊断细分赛道市场份额占比分别为:PCR(40%),分子杂交(35%),生物芯片(16%),其他(9%),PCR技术占据了分子诊断半壁江山。

(根据智研咨询/国元证券研究中心数据调研)

肆虐全球的新冠疫情是分子诊断行业发展的催化剂,而PCR技术是分子诊断中最常用的检测手段,作为确诊新冠的“金标准”。

2、PCR聚合酶链式反应

PCR(Ploymerase chain reaction),即聚合酶链式反应的缩写,一种核酸(DNA或RNA)体外扩增技术。利用DNA双链复制的原理,能在短时间内将及微量的特定核酸片段精确复制出百万份的拷贝,从而实现对极其微量的DNA或RNA片段进行定量。

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图2:PCR反应过程

PCR技术由1983年Kary Mullis首创,被广泛运用在产前诊断(如乙肝病毒筛查)、肿瘤早筛(如HPV人乳头瘤病毒检测)、传染病检测(如HIV艾滋病病毒检测)、呼吸疾病检测(新型冠状病毒)基因检测(如亲子鉴定)等诊断。

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图3:核酸检测案例

体外诊断RT-PCR试剂盒中包含了模板双链DNA、一对特定序列的引物、一个带有检测基因的探针、DNA聚合酶、底物dNTP、缓冲溶液等,那么如何确保DNA能顺利进行特异性扩增?又如何正常标记?引物和探针的寡核苷酸原料必不可少。

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图4:PCR反应试剂原料

引物和探针的寡核苷酸原料必不可少。

上文提及的引物、探针,和酶等都是IVD原料,即用于制备IVD产品的材料,其品质对IVD产品的性能和检测准确度影响极大,因此上游环节在IVD产业链中话语权极强。

然而,长期以来IVD原料生产一直是我国IVD产业中的卡脖子环节。IVD原料市场需求不断增长,但其背后的核心技术并未取得相同幅度的进步。由于IVD原料的研发难度较高,国产IVD原料在生产工艺及纯度质量上仍与进口原料存有差距。

随着我国IVD原料企业投入大量资金开展基础研究与开发工作,其研发创新能力与原料工艺质量不断提升。那么我们先来了解一下,生产这些上游原料的要点及难点。

引物

引物的特异性是PCR特异性的关键,引物是具有独特靶向序列的短链寡核苷酸片段,帮助识别基因组的独特性。通过引物特异性结合在目标区域,作为DNA复制开始时DNA聚合酶的结合位点。不纯的引物不但会直接影响RT-PCR的特异性和定量不准,还会影响后续的测序实验。

引物不纯可能会导致:

1)非特异性扩增;

2)无法用预先设计在引物5′端酶切位点的酶切开,特别是没有保护碱基的引物;

3) 用于测序出现双峰或乱峰。

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图5:引物

探针

TaqMan荧光探针是一种具有荧光基团的特定寡核苷酸片段,通过检测荧光分子的信号强度即可知道PCR产物扩增量,每扩增一条DNA子链,就有一个荧光分子发出信号。

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图6:Taqman探针




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