多重数字PCR应用杀入肿瘤检测赛道!将成为NGS的有力对手?

解读 鹏哥
2023-11-28 11:28 360人浏览 0人回复
来源: 诊断科学 收藏 分享 邀请
摘要

多重PCR公司ChromaCode从传染病领域转向肿瘤领域,并在今年早些时候进行了相关的领导层更替。在此之后,ChromaCode开始为其首个癌症产品(晚期非小细胞肺癌可操作突变联合检测)积累数据,并在本周举行的分子病理学 ...

 多重PCR公司ChromaCode从传染病领域转向肿瘤领域,并在今年早些时候进行了相关的领导层更替。在此之后,ChromaCode开始为其首个癌症产品(晚期非小细胞肺癌可操作突变联合检测)积累数据,并在本周举行的分子病理学协会会议上公布了确认结果。


该公司还强调了未来的应用,包括基于液体活检的最小残留病检测和癌症监测,以及一项新的非癌症应用——肾移植排斥测试。


虽然大型医疗系统继续将内部NGS用于实体瘤的生物标志物测试,但规模较小的社区肿瘤项目——缺乏必要的前期投资资金、技术专长和高样品量,使内部NGS在实用性和经济性上都不可行——只能将样品送往集中的商业实验室。


外送测试出现的问题是,收到结果的周转时间可能长达数周甚至数月,这意味着携带可采取行动的基因改变的患者必须等待比内部测试更长的时间才能采取行动。


ChromaCode首席商务官Padma Sundar在接受采访时说,最近的估计表明,大约70%的NSCLC基因组学市场由中心实验室提供服务。ChromaCode的目标是通过其系统提供一个平台,让小型医院和医疗系统能够在内部进行测试,确保更多患者及时得到结果。


ChromaCode首席执行官Mark McDonough认为,其方法的好处还包括简单。NSCLC测定不需要外部生物信息学,而这是较小的社区医疗集团不太可能接触到的专业领域。


ChromaCode的核心技术被称为高清PCR(HDPCR),它使用机器学习算法和新型化学物质来提高标准实验室设备的多重分析能力。


虽然更容易实现的NGS系统(如Personal Genome Diagnostics的Elio)已开始进入市场,但与HDPCR相比,它们的成本仍然高昂。McDonough说,ChromaCode的NSCLC测试就是在Qiagen QIAcuity设备上运行的,只需65000美元就能买到。


在AMP企业研讨会上,明尼苏达大学分子病理学和基因组学部主任Bharat Thyagarajan分享了他和同事们对7月份推出的NSCLC测定的确认研究数据。


“这种方法的真正优势在于周转时间更短。”,Thyagarajan说,在他的团队手中,测定总周转时间约为4小时,“这与我们机构使用靶向NGS联合检测时相比,通常需要36到48小时才能得到答案。”


ChromaCode的测定至少需要15 ngDNA和5 ngRNA,涵盖15种改变,占所有已知肺癌突变的50%以上。Thyagarajan说,根据COSMIC数据库中的流行率数据,他和他的团队估计每1000个接受测试的人中,HDPCR只会漏掉3个在目标区域发生变异的人。


在确认过程中,明尼苏达大学团队首先进行了100个样品的分析,目的是优化软件参数,以区分阳性和阴性。样本群分为71个已知阳性标本和29个阴性对照。


之后,研究小组分析了另外20份已知阳性标本和5份阴性对照,使用UM内部的LDT(包括127个基因和一个补充融合测试)比较了HDPCR结果和NGS调用。


总体而言,研究人员计算出HDPCR测定的灵敏度为92%,特异性超过99%。


ChromaCode还在AMP会议上重点介绍了一项研究结果,该研究比较了其测定与Illumina的TSO 500 NGS测定在一家未具名CLIA实验室中的失败率。


Sundar在接受采访时说,已公布的数据表明,多达22%的NSCLC患者无法获得测试结果,原因是样本量或质量问题,而样本量或质量问题通常来自广泛用于该肿瘤类型的核心针活检。


在研究中,ChromaCode测试了不同DNA含量的生物样品和参考样品。该公司发现,低于20 ng时,大多数样品的读取深度不够高,无法通过TSO 500测定的质量控制。相比之下,即使输入量为10 ng,HDPCR的质量不合格率(QNS)也只有10%。


ChromaCode基因组学总监Jeff Gole补充说,在这项研究中,近90%的样品符合HDPCR的质控要求,检测准确度达到100%。


McDonough说,ChromaCode目前已有几家早期采用者将NSCLC测定引入了公司内部,Sundar指出,公司正在努力开发健康经济数据,以支持支付方的报销。“我们已经开发了一个经济模型,该模型显示,如果在一线使用这种测定,至少有50%的情况下会有发现,因此,即使以1000美元的价格报销这种测定,然后将阴性[病例]反射到NGS,比一开始就使用NGS更经济。”


Sundar说,公司的首批早期合作伙伴之一、佛罗里达州测试公司Protean Biodiagnostics正准备将这些数据提交给当地的医疗保险承包商,以争取报销。


在同一次研讨会上,ChromaCode先进技术副总裁Jerrod Schwartz介绍了使用HDPCR平台开发患者特异性肿瘤PCR测定的实验数据,该测定用于跟踪血液样品中的最小残留病,这是一个竞争日益激烈的临床测试市场。


Schwartz在演讲中说:“我想我们都能理解在肿瘤学领域构建PCR联检所面临的一些挑战。我们都明白,癌症可能是极其异质和动态的,而PCR联检的设计本质上是静态的。”


他补充说,由于需要反复订购和测试引物和探针以优化测定,传统的联合检测方法可能需要几个月的时间。他说,ChromaCode开发了一种新型化学试剂,“在筛查过程中不再需要探针”。


该公司还将测序作为一种前期工具,用于筛选针对不同兴趣靶点的成千上万种候选引物,这使得该公司能够在几周内建立起高多重测定,考虑到MRD测试的实际需求,这是一种必要条件,因为患者需要在治愈性手术后几周内就能获得测试结果。


Schwartz说,液体活检中PCR的另一个挑战是性能。在正常DNA的背景下,循环中的肿瘤DNA分子以微小的比例存在。因此,对于固定的样品输入,测试的检测能力取决于测定中可包含的标记物数量。


“举个假设的例子。”,Schwartz说,“如果你检测的是十万分之一的肿瘤,而你的测定只能检测四个标记物,那么你的检测能力只能勉强超过零。但如果你能将其提高25倍或更多,你的检测能力就会提高很多。”


目前的挑战是如何利用数字PCR实现这一目标,因为仪器上的颜色通道数量有限。


ChromaCode的解决方案是采用其一直在创新的振幅调制和多光谱编码方法。Schwartz说,在一台使用两个强度级别的四色通道设备上,HDPCR可以在一次反应中编码多达80个目标,而使用较新的六色通道设备,则有可能在一次反应中编码多达700多个目标。


到目前为止,该公司已经开发出了这种化学试剂,并能在所有四种领先的数字PCR平台(赛默飞世尔科技公司的Absolute Q、Bio-Rad公司的QX600、罗氏公司的Digital LightCycler和Qiagen公司的QIAcuity)上正常工作。


Schwartz说,在使用32复合物原型测定进行的稀释实验中,研究小组发现检测出限低于0.03%。“有趣的是,即使在0.03%的低值添加中,我们在所有四种设备中每个目标的平均拷贝数仍然比背景噪声高出十倍,这表明还有更大的空间可以进一步降低LOD。”


此外,鉴于这些PCR设备采用多孔设计,Schwartz说有可能将一个样品分割到多个孔中,从而将四色系统的可测定目标数量提高到数百个,而使用六色通道设备则可提高到数千个。


Schwartz说,ChromaCode公司已经开始建立一个原型工作流程,首先对肿瘤组织样品和匹配的正常样品进行有针对性的深度测序,为建立肿瘤信息联合检测识别变异并确定优先次序。“利用我们已经建立起来的现有引物或新设计(使用公司的无探针化学),我们可以建立肿瘤信息数字PCR检测板,然后快速部署它们。”


该公司仍处于确认这一应用的早期阶段,Schwartz只强调了三位晚期结直肠癌患者的数据,其中ChromaCode的结果与测序结果吻合得很好。如果该公司希望在市场上销售针对最小残留病的测试,那么未来的证据将需要在辅助治疗的早期患者的样品中进行确认。


最后,Gole分享了HDPCR在肾移植排斥测试这一新的非肿瘤应用中的新兴数据。


与癌症MRD一样,随着无细胞DNA技术的出现,这一领域也成为了一个商业利基领域,McDonough表示公司对其技术“令人难以置信的颠覆性”潜力充满信心。


基于cfDNA的排异测试在用于避免活检时已经获得了医疗保险的报销,但Gole强调,这种应用需要一到两天的紧凑周转时间,以及定量测量供体DNA分数明显低于1%的测定。


ChromaCode希望通过分散式PCR测试试剂盒打入市场,区别于目前销售的基于实验室且主要由NGS驱动的试剂盒。


Gole举例说,集中式器官排斥测试至少需要两到五天的周转时间,他说这使得移植医生很难做出是否进行活检的临床相关决定,而且会妨碍报销。


作为替代方案,该公司开发了一种48-SNP、8孔测定法,Gole说,这种测定法可覆盖99.9%以上的人群,包括所有主要种族,并能在10小时内返回测试结果。


“前几个步骤与NGS完全相同。你必须抽血。你必须分离出血浆并提取DNA。但对我们来说,一旦有了这些,PCR就变得非常简单。首先是预扩增,然后是数字PCR和我们软件上的自动分析。”,Gole说,“如果与NGS相比,要在24小时内得到结果是很有挑战性的,即使是在内部完成。”


作为早期开发的一部分,ChromaCode已经使用测定中每个等位基因的已知基因型的细胞系进行了初步分析物验证——模拟供体分数从零到3%不等,并通过NGS进行确认。


Gole报告说,迄今为止,该团队检测的每一个等位基因,都能在0.25%的最低供体比例下检测到供体DNA。“我们对这些结果感到非常兴奋,希望能在2024年的某个时候用这种测定开始一些α试验。”

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