數(shù)字PCR技術(shù)與市場全分析:臨床需求與市場機(jī)遇

數(shù)字PCR作為第三代PCR技術(shù)，它是將分子生物學(xué)與現(xiàn)代微機(jī)電、微納制造等工程技術(shù)相結(jié)合的典范。數(shù)字PCR以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的理論和技術(shù)體系為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代微機(jī)電和光學(xué)檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單分子水平的核酸精確定量檢測。數(shù)字PCR的核心思想是將核酸樣品平行劃分為大規(guī)模單分子水平的微反應(yīng)單元，然后對(duì)眾多微反應(yīng)單元內(nèi)的靶序列進(jìn)行擴(kuò)增和光學(xué)檢測，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定量和痕量分析。該技術(shù)的誕生和發(fā)展為核酸精確測定和基因分析提供了全新的思路，并具有比傳統(tǒng)實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)更好的精確性和靈敏度。目前，該技術(shù)已經(jīng)在腫瘤個(gè)體化診療、基因編輯、液體活檢等前沿生命科學(xué)研究、臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)及生物醫(yī)學(xué)檢測等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性應(yīng)用和發(fā)展。
一、數(shù)字PCR簡介
PCR(Polymerase Chain Reaction)反應(yīng)即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng),是一種用于放大擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù),它可看作是生物體外的特殊DNA復(fù)制,PCR的最大特點(diǎn),是能將微量的DNA大幅增加。利用這一特性,可以將樣本中微量DNA進(jìn)行大量擴(kuò)增(如血液,唾液,病原體等),進(jìn)而進(jìn)行下一步檢測。
對(duì)樣本DNA進(jìn)行定量分析的一種方法為定量PCR,其原理是利用熒光探針對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行標(biāo)記,利用與參照DNA熒光強(qiáng)度的比值得到樣本DNA含量。然而定量PCR往往需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,且需要參照樣本作為對(duì)比,得到的DNA定量也是相對(duì)定量分析,無法滿高精度的測量需求。
數(shù)字PCR原理實(shí)例
數(shù)字PCR技術(shù)就是力求做到對(duì)DNA絕對(duì)定量的技術(shù),該技術(shù)利用對(duì)樣品進(jìn)行微滴化處理,使得每個(gè)微滴成為“微反應(yīng)器”,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“單分子模板PCR擴(kuò)增”。該策略進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí),可以不依賴于標(biāo)準(zhǔn)曲線和參照樣本,直接檢測目標(biāo)序列的拷貝數(shù),使得檢測靈敏度,精確性大大提高。因而在極微量DNA樣本檢測;復(fù)雜成分中微量檢測;稀有突變檢測等需要高精度定量分析領(lǐng)域具有優(yōu)勢。
二、市場綜述
Markets and Markets在2017年6月發(fā)布研究報(bào)告,對(duì)2017年-2022年定量PCR和數(shù)字PCR市場進(jìn)行了分析和預(yù)測。分析指出,全球定量PCR和數(shù)字PCR市場將以8.9%的年復(fù)合增長率增長,到2022年將達(dá)到53.1億美元。值得注意的是,雖然目前定量PCR占據(jù)更多的市場份額,然而預(yù)計(jì)數(shù)字PCR增長將超過定量PCR。
定量PCR與數(shù)字PCR市場份額地區(qū)分布

截止到2016年,北美仍然是最大的市場,其次是歐洲,再其次是亞太地區(qū)。雖然亞太地區(qū)目前市場份額不是最大的,然而在未來5年增長率將會(huì)是最高的,其中中國,日本,印度三個(gè)國家將是亞太地區(qū)市場和技術(shù)增長的主要來源。

對(duì)企業(yè)類型進(jìn)行劃分,分為三檔企業(yè),其中第一檔為收入大于10億美元企業(yè),第二檔為1億至10億美元,第三檔為小于1億美元。發(fā)現(xiàn)分別占有45%,34%,21%,這說明該行業(yè)存在巨頭,但是尚未形成壟斷,對(duì)于相對(duì)初步的企業(yè)仍有機(jī)會(huì)。

定量PCR與數(shù)字PCR市場份額公司分布

三、增長優(yōu)勢

利于數(shù)字PCR市場增長的條件有很多,主要體現(xiàn)在醫(yī)療服務(wù)本身的需求,政策利好以及人口增長和老齡化等因素。

1、精準(zhǔn)醫(yī)療與腫瘤治療需求

精準(zhǔn)醫(yī)療(Precision Medicine)是以個(gè)體化醫(yī)療為基礎(chǔ)、隨著基因組測序技術(shù)快速進(jìn)步以及生物信息與大數(shù)據(jù)科學(xué)的交叉應(yīng)用而發(fā)展起來的新型醫(yī)學(xué)概念與醫(yī)療模式。其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是對(duì)于特定患者的基因,基因組樣本進(jìn)行分析,對(duì)于致病突變檢測和定量分析的精確性要求尤其高,因此呼喚新一代PCR技術(shù)的應(yīng)用,而這正是數(shù)字PCR的優(yōu)勢所在。

具體到腫瘤治療領(lǐng)域,普遍認(rèn)為早期檢測和個(gè)體化治療將提高治療效果。而這兩個(gè)領(lǐng)域數(shù)字PCR都將帶來進(jìn)步。

在腫瘤形成的超早期,會(huì)出現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的壞死和凋亡,這些凋亡或壞死的腫瘤細(xì)胞會(huì)釋放其DNA進(jìn)入外周血,因此通過分析循環(huán)血液中是否含有腫瘤特異的游離DNA可以達(dá)到腫瘤早期篩查的目的。然而此時(shí)DNA含量極低,因此需要高靈敏度和高精確性,這是除了數(shù)字PCR技術(shù)其他技術(shù)所達(dá)不到的。另外進(jìn)行個(gè)體化治療時(shí),需要對(duì)基因組樣本進(jìn)行分析,此時(shí)利用數(shù)字PCR技術(shù)也能大大提高結(jié)果的可信性,進(jìn)而建立合理治療方案。

2、國內(nèi)政策利好

《“十三五”醫(yī)療器械科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》中,提到需要發(fā)展前沿關(guān)鍵技術(shù),引領(lǐng)醫(yī)療器械創(chuàng)新,其中列出5類重大產(chǎn)品研發(fā)重點(diǎn)發(fā)展方向作為重點(diǎn)任務(wù)。在體外診斷類一項(xiàng),提出要發(fā)展新型分子診斷系統(tǒng)。重點(diǎn)開發(fā)現(xiàn)場快速提取/檢測核酸一體化平臺(tái)、新型基因測序儀、隨檢全自動(dòng)核酸檢測系統(tǒng)、定量數(shù)字PCR等系統(tǒng)。

另外早在2014年,國家食品藥品監(jiān)管總局(CFDA)制定印發(fā)《創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審批程序(試行)》,力求保障醫(yī)療器械的安全、有效,鼓勵(lì)醫(yī)療器械的研究與創(chuàng)新,促進(jìn)醫(yī)療器械新技術(shù)的推廣和應(yīng)用,推動(dòng)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展。可以預(yù)測,在政策的鼓勵(lì)與扶持下,數(shù)字PCR在未來審批程序?qū)⒂型喕?有望在國內(nèi)產(chǎn)生高速發(fā)展。

3、人口增長與老齡化

由于我國人口增長和愈發(fā)顯著的老齡化趨勢,導(dǎo)至腫瘤醫(yī)藥市場增長和體外檢測需求增長。數(shù)字PCR在腫瘤檢測、傳染病檢測、遺傳病等疾病檢測上具有極大的優(yōu)勢,增長的醫(yī)療市場將進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)字PCR的增長。

我國65歲以上人口占比

四、國內(nèi)外代表性企業(yè)
國外代表企業(yè)
雅培
梅里埃
羅氏
德國凱杰
賽默飛世爾科技（中國）有限公司
伯樂生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品（上海）有限公司
法國Stilla Technologies
愛普拜斯應(yīng)用生物系統(tǒng)貿(mào)易(上海)有限公司


國內(nèi)代表企業(yè)

達(dá)安基因

博奧生物

上海復(fù)星長征醫(yī)學(xué)科學(xué)有限公司

上?？迫A生物工程股份有限公司

臻準(zhǔn)生物科技（上海）有限公司

西安天隆科技有限公司

杭州安杰思生物科技有限公司


五、應(yīng)用前景與結(jié)語

數(shù)字PCR由于其定量的精確性和可靠性,在檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。特別是由于其所需樣品量少而檢驗(yàn)精度高,適合無創(chuàng)活體檢測,這有利于在醫(yī)療領(lǐng)域的推廣。主要可應(yīng)用于癌癥檢測,病原體檢測(特別是病毒),產(chǎn)前檢測,器官移植分析,以及在農(nóng)業(yè)畜牧業(yè)的檢測應(yīng)用。癌癥早期篩查和癌癥突變檢測評(píng)估用藥方案是目前研究最多,也是進(jìn)展最快的兩個(gè)方面?？梢灶A(yù)見,伴隨醫(yī)療技術(shù)發(fā)展,對(duì)于檢測要求不斷提高,數(shù)字PCR作為新一代檢測手段將迎來新發(fā)展和新增長。
在數(shù)字PCR領(lǐng)域,國內(nèi)不少企業(yè)依托的是國外Quant Studio 3D技術(shù),如果能夠突破國外技術(shù)壟斷,生產(chǎn)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的儀器,將在技術(shù)源頭更具有優(yōu)勢。另外,數(shù)字PCR應(yīng)用于臨床經(jīng)驗(yàn)較少,因此建立自己的檢測體系(檢測試劑,檢測系統(tǒng)等),建立結(jié)果評(píng)估分析體系,建立獨(dú)有的樣本庫和數(shù)據(jù)庫以及建立與臨床的合作關(guān)系,成為企業(yè)創(chuàng)新和競爭的核心。
可以說,臨床需求和市場機(jī)遇已經(jīng)初步體現(xiàn),數(shù)字PCR能不能解決問題,企業(yè)能不能應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn),抓住增長機(jī)遇,我們拭目以待。