IVD领域回顾丨新型冠状病毒检测市场中有哪些机遇?
来源: IVD超级圆桌 作者: 2020年03月25日 10:29
新型冠状病毒(2019-nCoV)疫情发生以来,受到了医疗行业的广泛关注,各厂家都积极投入到了产品研发之中。

前言

新型冠状病毒(2019-nCoV)疫情发生以来,受到了医疗行业的广泛关注,各厂家都积极投入到了产品研发之中。


尚未能完整列示的产品信息,主要基于遵重企业保密性要求,或不排除纯属实验室项目且无临床注册安排,以及对于所提供的技术参数资料存有疑问等原因。


从方法学原理来看,产品整体上可以将试剂盒分为免疫诊断与核酸检测两大类:



其中尤以荧光定量PCR的产品占据了绝对优势,主要因为相关研发技术体系不算最复杂,原料来源相对稳定充裕,更容易快速研发成功。同时,可以看出一批分子技术类企业的快速发展与注册体系的日趋完善。


接下来我们将分别了解一下相关方法学的优劣势,以便各检测机构能够更好地选择适用性强的新冠(2019-nCoV)检测产品:


目录

1. 免疫诊断

1.1. 酶联免疫吸附试验(ELISA)

1.2. 化学发光技术(CLIA)

1.3. 免疫胶体金标记技术(ICS)


2. 核酸诊断

2.1. 荧光定量PCR

2.2. 数字PCR

2.3. 高通量测序(NGS)

2.4. 恒温扩增技术


3. 总结


附件一:20家新型冠状病毒检测试剂盒获证企业名单

附件二:126家新型冠状病毒核酸检测试剂生产企业名单(持续更新)

附件三:21家新型冠状病毒免疫检测试剂生产企业名单(持续更新)


正文


1. 免疫诊断


免疫诊断是应用抗原-抗体特异性结合原理,使用特定标记物进行分析检测的技术。由于窗口期(IgM,参考SARS约10天)的存在,该技术难以在感染初期检出阳性结果。体内干扰因素(异嗜性抗体、类风湿因子等)存在、患者免疫力低下、HOOK效应等也会导致假阴性结果出现。另外,免疫诊断技术敏感性较好但特异性相对较差,检测中可能会现假阳性结果。虽然其敏感性和特异性相较核酸检测处于劣势,但由于该技术对实验室设备和人员要求较低,适合基层开展规模检测,故建议将免疫检测技术应用于基层的大范围初筛,之后再以核酸检测进行确诊。


1.1. 酶联免疫吸附试验(ELISA)


敏感性高,特异性较强,既可检测抗体,又能测定可溶性抗原。无需特殊仪器,且操作简便,检测成本低,利于普及。但其大多为人工操作,检测时间较长,通量受96孔板的限制,加上对照、空白及质控的使用,实际患者样本检测数量少于96例。同时因其多为开放的操作环境,更容易造成污染,面对新冠病毒,这是非常需要重视的风险。目前了解情况来看,有4家品牌宣布成功研发出了该产品,出于经济性等因素的考虑,此技术很适合基层检测机构开展大规模筛查,期待有更多厂家能够研发生产相关产品。


1.2. 化学发光技术(CLIA)


目前最先进的免疫检测技术之一,具有灵敏度高、特异性强、方法稳定快速、检测范围宽、操作简单自动化程度高等优点;但往往需要品牌限定的化学发光仪,试剂成本相对较高且无法开放通用,众多小型实验室难以承受其成本压力。目前已有几家代表性发光试剂厂家宣布研发出9款相关产品,配合对应的化学发光仪,检测速度可达200test/h以上,甚至有报道理论速度达到300test/h,获得审批应用于临床后有望明显提升检测效率。


1.3. 免疫胶体金标记技术(ICS)


操作简单、反应快速(通常数分钟即可判读结果)、敏感度高,但由于其灵敏度较差、无法定量检测等弱点,限制了其应用范围,更适用于床旁检测及快速筛查目的。目前已经有超15家品牌宣布成功研发出相关的产品,且均能在15分钟内检出结果,如果能够应用于临床,对于新冠病毒辅助筛查将有重要作用。


2. 核酸检测


主要指聚合酶链式反应,即通常所说的PCR检测,优势在于其他方法学难以企及的极高灵敏度,同时特异性强、扩增环节自动化程度高,窗口期较短,一般3-5天(理论上核酸只要感染粘膜,就可以检测到),相对封闭的操作环境可以降低样本对环境的污染。


但其劣势在于对实验室硬件设备以及人员都有较高的特殊要求;整体检测时间较长,一轮检测常需要2-3小时以上;多数PCR仪通量受限于96孔,算上内标的使用,实际患者样本检测量更少。同时,PCR最大的问题是极易污染,极其微量的污染即可引发假阳性的产生。


疫情爆发以来,有不完全统计资料提示“核酸检测对于阳性病人,最高有30~50%的阳性率。也就是说,部分患者核酸检测结果为阴性,但在临床上被确认为疑似新冠肺炎,属于假阴性。甚至有报道称个别患者7次核酸检测均为阴性,直到第8次才检出阳性结果,因此部分临床医生和民众开始质疑这项检测无法发挥作用。关于这个问题我们也分析了其原因:


1、2019-nCoV病毒特点:行业关于新冠病毒的认知还在逐步增长中,患者感染病毒后,体液中病毒的含量、分布与症状严重程度是否呈线性正相关尚不明确。如果有临床症状,但病毒在肺部尚未快速复制释放,此时采样,就有可能因采集的病毒量不足无法确诊。尤其在发病早期可能没有咳嗽,上呼吸道、包括鼻咽部的病毒量很少,检测结果很可能为阴性。但这样患者通常传染性也小,因为上呼吸道没有检测到,提示其传染性不强。


2、检测前阶段影响:出于可操作性的限制,目前比较常见的采样方法是使用鼻咽拭子、痰液或肺泡灌洗液采集,其中最常用的是鼻咽拭子。鼻咽拭子采集有先天的局限性,随机性较强;其次试剂盒要求病毒灭活,而新冠作为RNA病毒,稳定性较低。而采样后的核酸提取效率一定程度上会受个体差异、采样操作及实验操作规范程度等影响。


在临床检测中,采样→送检→灭活→提取→检测,其中任一环节出现问题,都有可能导致无法提取出足量、有效的病毒核酸,导致后续检测出现假阴性结果。建议有条件的医疗机构,选择以深部痰液样本为佳,重症气管插管病人以肺泡灌洗液为准。


3、检测结果解读:有些试剂说明书上描述需2个靶点同时阳性才可报阳性,而新冠作为RNA病毒并不稳定,易发生变异,将只有1个靶点阳性的结果报为阴性是否也是导致假阴性的原因之一,值得进一步研究。另外,部分结果正确判断需要有经验的实验人员对反应曲线进行调整。


4、检测试剂盒的设计与验证1月26日,国家食药监局启动应急审批程序,仅4天就批准了4个试剂盒产品,用于紧急应对此次疫情。据报道,目前国家食药监局已批准了9个新冠病毒试剂盒,同时有更多试剂盒正在跟进中。


通常,检测试剂盒作为三类医疗器械,需要经过广泛的临床试验,在灵敏度、特异性等多项指标达到要求后,才可由国家食药监局批准上市进入临床,通常需花费数月乃至数年时间。此次疫情暴发突然,厂家在试剂盒开发中拿不到也来不及用足够的临床样本进行验证,而临床应用需求迫在眉睫,因此仓促上阵的核酸检测试剂盒质量可能参差不齐,稳定可靠性尚存疑。


采样器械、实验耗材、检测仪器不同、人员操作,都可能影响试剂盒的性能表现,但随着这些因素逐步磨合,阳性率也会提升改善。


综合来看,虽然核酸试剂盒目前尚有不尽如人意的地方,但因其在感染诊断中病原体检测的核心价值和方法学优势,以及多方进一步改进之下,可以预见核酸检测一定始终是新型冠状病毒(2019-nCoV)无创诊断的金标准,适合具有PCR资质的专业实验室进行确诊试验。


2.1. 荧光定量PCR


扩增检测同时完成,自动化程度高,具有灵敏度高、特异性强、重复性好等优点,但使用成本通常较高,适合具有一定规模拥有荧光定量PCR仪的实验室。


目前提供了灵敏度参数的10个厂家中,达到100 copies/mL的有3家,达到500 copies/mL有4家,另外还有3家达到1000 copies/mL,更优秀的灵敏度意味着能够在更早期发现病毒携带者,同时灵敏度的差异也可能导致结果不同,因此当使用多种试剂检测结果不一致时,需考虑灵敏度的因素。由于新型冠状病毒(2019-nCoV)属于RNA病毒,容易发生变异,如果只检测单一核酸靶点,容易产生假阴性结果。


不过我们欣喜地发现大多数品牌都采用了多重PCR技术,在一次检测过程中同时检测多个核酸靶点,可有效提升阳性检出率,尽可能避免漏检的情况出现,当然核酸靶点的增多也会提升检测成本,因此检测机构宜根据实际需求选择最适产品。



2.2. 数字PCR


能够对样品的核酸分子进行绝对定量,具有比荧光定量PCR更高的灵敏度、特异性和精确性。但同时,它也存在着一些不足,例如样品通量很低,基本每块芯片上万个反应单元都是针对单一样本分析;多个芯片的同时检测受限制,在常规基因表达分析中不具备优势;基于精密仪器和复杂芯片,成本昂贵。目前有8个品牌宣布研发了相关产品,且均采用了多重PCR技术,有效地保证了阳性检出率。


2.3. 高通量测序(NGS)


具有检测准确、覆盖全面等优势,但是对人员专业要求高、检测成本高是其劣势,另外测序数据的储存和分析,数据的安全和信息隐私等问题也限制了其在临床上的应用,目前更多用于科研领域。有报道利用全基因组检测分析平台,可以一次对几十万到几万条病毒的核酸分子进行序列测定,加速检测速度,防止病毒变异漏检,大幅提高疑似病例的确诊准确率。测序技术和AI智能是重要的尝试,临床应用的可行性令人非常期待。


2.4. 恒温扩增技术


继PCR技术后发展起来的一门新型的体外核酸扩增技术,具有恒温、高效、不需要特殊仪器设备等优点,但由于其对引物设计要求特别高,检测成本高,且结果不太稳定等原因,目前尚未广泛应用于临床检测,暂不建议用于确诊试验。


但已有部分厂家和检测机构正积极推进该技术在临床上的应用,期待其能够进一步被临床所普遍接受。目前已有10个试剂盒产品宣布研发成功,且多采用双重PCR技术,能够检测2个核酸靶点。


为便于比较,现将上述内容汇总为一份表格:


3. 总结


疫情发展至今,仍有不少疑似病例因为检测效率不足等原因尚未确诊,因此检测时间也成为了检测机构最为关心的重要因素之一。根据厂家声称的检测时间统计可以发现,免疫诊断的方法以其较快的检测速度确实更加适合基层大规模进行筛查,而相对时间较长的核酸检测方法会更适合筛查后的确诊目的。



最后,根据已收集到的信息发现广东、江苏、浙江和上海、北京产品相对集中,也与核酸检测研发企业集中在这些省份有一定关系。考虑物流、技术支持等因素时,检测机构可适当参考。



本文的分析数据基于各家提供的技术参数,因绝大部分产品尚未获得注册证无法获取产品说明书,或未取得大量的临床验证数据。若存在信息填报不实或差异,请及时提供准确信息,小编将及时予以更新

附件一:新型冠状病毒检测试剂盒获证企业汇总


附二:126家新型冠状病毒核酸检测试剂生产企业名单(持续更新)


附三:21家新型冠状病毒免疫检测试剂生产企业名单(持续更新)

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