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揭秘NGS全自动文库制备系统Magnis BR丨对话燃石医学首席技术官张之宏、安捷伦NGS产品线全球市场总监Jimmy Jin

近年来,NGS技术的进步加速了基因组学研究的脚步,也为肿瘤等疾病的精准诊断提供极大助力。NGS检测的推广既是客观需要,也是大势所趋。作为NGS的前期关键步骤,文库制备的质量对测序结果可产生决定性的影响。
近日,第九届中国病理年会上,广州燃石医学检验所有限公司(以下简称“燃石医学”)与安捷伦科技有限公司(以下简称“安捷伦”)合作研发的NGS全自动文库制备系统“Magnis BR”正式发布。据悉,Magnis BR是中国首款可支持探针捕获法的NGS全自动文库制备系统,在检测通量上的灵活性以及检测流程的自动化程度上均超越了既有的NGS自动化解决方案,有望将高质量的NGS检测平台带入更多医院的检测实验室。
Magnis BR由燃石医学和安捷伦历时两年共同研发,这背后有怎样的研发故事?燃石医学和安捷伦分别承担了哪些工作?未来该产品在中国将有怎样的应用场景和市场规划?带着这些疑问,测序中国近日采访了燃石医学首席技术官张之宏博士和安捷伦诊断与基因组学事业部NGS产品线全球市场总监Jimmy Jin先生,带我们进一步了解Magnis BR系统的开发历程与未来规划。
测序中国:燃石医学和安捷伦为何选择探针捕获法开发Magnis BR?与既有的NGS自动化解决方案相比,Magnis BR有哪些优势?

张之宏:Magnis BR是燃石医学实现肿瘤NGS检测流程全自动化的一个重要布局,其定位是作为我们现有产品的升级换代,实现建库流程的全自动化。同时,我们还将燃石医学已有的手动建库产品兼容到这款新平台。
我们选择基于探针捕获法开发Magnis BR系统是经过技术和临床应用等多方面的综合考虑。自成立之初,燃石医学就使用探针捕获法进行肿瘤产品的开发。此外,安捷伦最早将探针捕获法应用于NGS产品线,经过近十年的发展完善,该方法已形成鲜明的特点。从技术层面来看,探针捕获法在肿瘤诊断方面有很大的优势。
第一,突变检测的全面性。探针捕获法能够检测多种不同的突变类型,包括SNV(单核苷酸变异)、INDEL(小片段插入和缺失)、CNV(拷贝数变异)等。此外,肿瘤免疫治疗关注的热点MSI(微卫星不稳定性)、TMB(肿瘤突变负荷),以及EB、HIV的检测等,都可以通过探针捕获法实现。
第二,捕获容忍度高。探针捕获法是利用核酸杂交来捕获目标片段,在合适的实验条件下,合理设计的探针具有足够大的容忍度。如果特异性太强,探针会选择性结合野生型样本,而不是无差别捕获所有突变。
第三,兼容性强。这一点主要体现在探针设计和检测样本两方面。基于安捷伦的探针技术,只需要非常少的实验条件改变,我们就可以调整检测panel的大小,从几个基因到外显子级别的探针都可以用同样的流程操作。另外探针捕获法对样本类型和质量要求较低,可对低质量样本、破碎样本等小片段DNA序列和特别是ctDNA进行捕获扩增。
Magnis BR在9个小时内便可以实现从DNA片段化到文库构建的整个过程,所有试剂实现即开即用,并在所有试剂耗材上添加了条形码以防止出错,其生成的文库可直接上机测序。该系统整个建库过程人为干预时间极短,使得操作繁琐的建库过程实现了全自动化。目前,Magnis BR检测的样本类型主要为组织样本,后续我们将基于该平台开发针对血浆来源ctDNA和其他样本类型的解决方案。
测序中国:与扩增子自动化建库相比,杂交捕获自动化建库存在哪些挑战?

张之宏:总体来讲,杂交捕获建库其实是技术难度较高的一种建库方式。例如,面对一个庞大的基因组,常规方法是将DNA打断构建一个全基因组文库,然后利用探针进行杂交和捕获,以获得目标序列的文库,这是一个很耗费时间的过程。
其中,杂交完成后的选择性洗脱是关键一步。这一过程需要温度、多种缓冲液等条件的共同作用,保证一定的选择性和严苛性,才能最大程度洗脱非特异性结合的片段,即非目标DNA片段,而同时保证目标文库片段的最大保留。通常选择性洗脱的条件较难掌握,任何一个步骤出现错误,都有可能导致覆盖均一度差、有效片段回收率低等结果。虽然快速杂交技术的出现使得建库时间缩短到1天,但由于步骤繁多,手动快速杂交建库对于实验操作人员有严格的考验,任何一个步骤如果出错,都会导致整个建库的失败。因此,杂交捕获建库自动化的实现有较大的难度。
对于扩增子建库,可以说大多数扩增子反应都是一个多重PCR。多重PCR是同一体系内包含多个基因特异的引物而对目标区域进行聚合酶链式反应,目前有多种技术旨在减少引物之间相互作用而实现多重区域同时扩增。多重PCR的操作比较简单,实现自动化也相对容易的多。
测序中国:Magnis BR的研发历程超过两年。在研发过程中,燃石医学和安捷伦分别承担了哪些工作?

张之宏:一直以来,燃石医学与安捷伦在NGS检测自动化开发方面有着非常紧密的合作。
经过详尽的分析,我们认为NGS自动化建库产品在中国市场存在很大的发展潜力,因此根据已有的战略合作协议,双方合作对安捷伦的一款原型机进行了后续开发和测试。
Magnis BR的早期开发测试开始于两年前,燃石医学负责了部分硬件、软件和耗材试剂的开发,一些特殊的软件、硬件的设置优化都是在燃石医学内部进行,相关试剂盒的生产流程和用户转化也都是在燃石医学内部实现。
在硬件方面,Magnis BR替换了原型机的部分组件,弥补了原型机设计的不足。同时,燃石医学还负责了后端软件的开发,以符合临床样本建库和检测的标准,主要目的是保持与现有手动或半自动建库流程的通用性和兼容性。针对这款系统,我们也进行了试剂盒开发,包括整合安捷伦的部分试剂。其中,我们更注重植入燃石医学的肿瘤检测产品和试剂,主要是将公司相对成熟的panel产品移植到Magnis BR上。为此,我们进行了包括建库试剂优化、探针优化、检测方案测试等方面的努力。
开发NGS全自动建库系统Magnis BR的最终目的是应用于临床。临床样本具有质量参差不齐、难以获取等独特性,且通常只能进行一次检测,因此临床样本的检测要求非常严格。值得一提的是,燃石医学在临床样本积累方面有天然的优势。借助这一优势,在合理合法的前提下,我们针对不同质量的临床样本进行了充分检测,充分验证了Magnis BR系统硬件、软件和试剂的相互兼容性和稳定性。
Jimmy Jin:在与燃石医学的合作中,安捷伦主要作为一个支持的角色,提供技术、平台等基础支持,并配合燃石医学的需求,进行技术以及试剂的共同开发。
在Magnis BR的开发中,安捷伦主要提供了原型机和部分试剂,燃石医学负责后续开发和测试。根据临床需求,燃石医学对原型机进行大量的运行测试,对硬件、软件和试剂也进行了显著的改动和优化。因此,Magnis BR与安捷伦的Magnis原型机不能混为一谈,这两款产品的硬件、软件和试剂都有显著的差别,可以说Magnis BR的硬件、软件、试剂等都是燃石医学特有的版本。值得一提是,燃石医学是我们在全球唯一一家原型机合作伙伴,因此Magnis BR是我们双方合作开发的一款产品,而不是以产品代理等其他方式。
测序中国:Magnis BR在医院病理科的应用,为临床NGS检测解决了哪些难题?目前,Magnis BR在医院的应用效果如何?

张之宏:NGS检测的临床应用是未来的发展趋势,而NGS文库构建是检测流程中一个关键步骤。目前,病理科NGS检测存在很多痛点,例如建库流程复杂、人员不足、实验周期长等。我们新发布的Magnis BR实现了这一过程的自动化,有效解决了手工操作流程复杂繁琐的问题,将人工操作时长减少90%,并在系统运转后真正做到无人值守。在全自动的加持下,Magnis BR可以将建库时间由传统手工文库制备的24~36小时减少至9小时,医院端的NGS检测最短3天可以产生报告,解决了NGS临床应用阶段的最大挑战。此外,病理科实验室通常面积较小,Magnis BR机身小巧灵活、功能一体化,可有效减少整体使用面积45%。
NGS文库制备自动化的一个好处就是实现标准操作。经过严格的性能验证,在相同样本量的情况下,Magnis BR的DNA转化率可以稳定甚至超越传统手工方法,其稳定性及高效性得到了充分的认证。
目前,Magnis BR已经在几家医院进行性能验证。医院会有针对性的选择已得到临床确认的样本,利用Magnis BR进行文库构建,以验证其准确性和稳定性。已使用的每例临床样本都能利用Magnis BR成功建库,获得的评价和反响都比较不错。
测序中国:未来,Magnis BR在中国将有怎样的应用场景和市场规划?

张之宏:Magnis BR开发的目的是走进医院,让更多的医院能够自己进行更标准的NGS检测,使检测结果更加标准化的同时解放人工压力。中国有大量的肿瘤样本,实现NGS检测产品的标准化非常重要,这有助于让更多的医院和患者受益。在产品的合规化方面,我们也计划进行产品申报,布局NGS自动化检测临床市场。
测序中国:Magnis BR的正式推出,对燃石医学实现院端NGS检测平台自动化进程有怎样的意义?对安捷伦在中国的NGS业务开展和规划有怎样的积极作用?

张之宏:燃石医学致力于为肿瘤精准医疗提供最具临床价值的NGS检测产品,尤其是我们目前的主打项目——NGS检测自动化。总体来讲,我们认为Magnis BR是一个非常令人惊艳的平台。目前,燃石医学在院端检测的布局或许是全国领先的,产品入院也可能是最多的。正式推出的Magnis BR,将成为进一步巩固燃石医学市场地位的一个利器,有助于我们布局更多医院。此外,我们的产品也不仅仅局限Magnis BR平台。我们希望开发更多、更好的自动化平台,让更多的医院能够自己开展NGS检测。
Jimmy Jin:安捷伦主要通过与燃石医学这样的合作伙伴来开展NGS业务。我们希望燃石医学的MagnisBR平台能进入更多医院临床,使NGS检测自动化更加成功,甚至成为临床入院的新标准。这将对国内外NGS检测自动化的发展产生非常积极的影响。
测序中国:如何看待临床NGS检测自动化的未来发展?

Jimmy Jin:在中国,临床NGS检测自动化的发展前景相对明朗,进入医院临床是一个很大的趋势。但从全球市场来看,尤其是美国,临床NGS检测到底是入院还是交给第三方,整体形势现在并不明朗。与中国市场不同,美国企业含测序仪的报证申请并不容易。再加上对测序成本等一些原因的考虑,一些美国企业更倾向于将NGS检测交给第三方。
从全球市场发展来看,进入医院临床和第三方检测都有发展潜力。对于医院来说,全自动NGS检测是一个非常好的选择;第三方检测更注重的是通量与成本,全自动或半自动对它们的影响并不大。NGS仍是一项发展中的技术,如今我们使用的panel越来越大,对基因的检测也越来越精准。未来,也有可能形成这样一种格局:部分NGS检测需要进入医院;一些更加深入的NGS检测留给第三方。但就目前,中国NGS检测大趋势可能是进入医院。
 

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本文由 测序中国 作者:戴胜 发表,转载请注明来源!

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