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专访赛纳生物联合创始人、CEO陈子天博士:全自主研发国产测序平台,构建中国主导的测序新生态

“赛纳生物的目标就是基于全自主研发的国产测序平台,构建中国主导的测序新生态。” 采访中陈子天博士一再强调。

2015年,依托国际首创的荧光发生(Fluorogenic)测序化学和纠错编码(ECC)测序策略两项核心测序技术,毕业于北京大学的陈子天博士联合谢晓亮院士、黄岩谊教授团队创立了赛纳生物。秉承“通过技术拓展知识边界”的企业愿景,赛纳生物致力于通过不断的技术迭代和革新,持续拓展和突破知识边界,以一流的技术和产品重新定义“中国制造”,打破目前由外资企业垄断的测序市场现状,构建中国主导的测序新生态。历经7年的稳步发展,赛纳生物成功研发生产了拥有全自主知识产权的国产基因测序平台S100,可为基因行业提供更准确、简便、快速的上游解决方案。2020年,测序平台S100投入生产并开始临床注册,预计2022年可获得上市许可。 

图:赛纳生物发展历程。

在这7年中,赛纳生物备受资本青睐并完成了多轮融资,融资金额超过4亿元人民币。那么赛纳生物的发展背后有着怎样的故事?基因测序平台S100成功生产又突破了哪些瓶颈?又是如何突破已有的测序市场生态圈?为一探究竟,测序中国近日采访了赛纳生物联合创始人、CEO陈子天博士,并受邀参观了赛纳生物,深入了解了公司的发展历程。

从技术源头创新,打破基因测序市场格局

基因测序作为21世纪生命科学领域最具有突破性的技术之一,不断推动着人类对生命的探索。自1977年Frederick Sanger提出双脱氧终止法(Sanger)测序技术开始,人类便迈入基因组学时代。四十多年时间里,从Sanger测序到NGS技术、单分子测序、纳米孔测序,测序技术不断升级迭代。其中,NGS技术检测速度快、准确度高,可实现大规模平行测序,是目前测序市场应用最为广泛的测序技术。

然而,基因测序上游关键技术被国外寡头长期垄断,国际基因测序市场长期被国外企业占据,国内相关行业发展受限制,全自主研发测序平台已刻不容缓。此外,目前的基因测序市场格局已趋于稳定,市场划分趋于成熟,想要打破现有的市场格局,仅基于原有测序技术研发测序平台难以实现。在技术和市场双重垄断之下,研发新的测序技术并进行产业化,成为扭转市场格局的路径之一。

陈子天博士对国产测序平台的研发和国内测序市场需求有着多方面的考量。高精密测序仪的研发技术壁垒高,工艺复杂,成本和时间代价巨大,还需配备有效的试剂盒、芯片及成套解决方案。他谈道:“国内具有上游核心技术闭环的测序公司寥寥无几,部分涉足上游测序平台开发的企业也多沿袭已有的技术和策略。因此,目前市面上的测序平台应用场景多有重合。虽然近几年国产测序平台有了长足的发展,但产品竞争力仍相对较弱,无法与国际主流测序平台相抗衡。”

临床端的应用是基因测序平台最有前景的应用方向之一,但国内外临床市场对测序平台的需求有着明显的区别。以美国临床市场为例,美国医疗体系由中心化实验室主导,病人在中心化实验室接受医疗服务,检测样本量巨大,需要高通量的大型测序平台。而中国的医疗保险体系与美国完全不同,病人更倾向于在医院端完成支付和检测。对中国医院和中小型研究所来说,大型的高通量测序平台开机费用高,与实际需求并不匹配。相反,中低通量、速度快的小型测序仪是更好的选择。除了解决临床医院的基本需求外,突破性测序技术平台还可以在实验进程中探索未知。

陈子天博士强调:“要想做好测序仪,就必须变换赛道,从技术源头创新,依据中国的实际情况,构建中国主导的测序新生态

从0到1:充满坎坷的全自主国产测序平台研发之路

基因测序平台的研发对人才要求极高,涉及复杂的分子生物学、化学、物理以及芯片、精密机械、算法等多学科多领域交叉,技术门槛高,知识产权壁垒森严。仅全盘复制或在细枝末节处进行技术改造无法在真正意义上打破垄断,实现真正的自主可控并不容易。

陈子天博士介绍道,赛纳生物以“独立思考、突破极限”作为企业文化,拥有多学科交叉型的高素质专业化团队覆盖生物化学、微芯片、光学机械、电子软件及生产质量注册多个领域,在测序技术研发及工业化过程中投入了大量精力。

赛纳生物的关键核心技术之一是荧光发生(Fluorogenic)测序化学。2011年,谢晓亮院士Nature Methods上首次提出了此技术。该技术结合了当前主要测序技术的优势,在DNA互补链合成时可以释放同所延伸核苷酸数目相等的荧光分子,利用这一反应可以实现低错误率的边合成边测序。其优势在于,荧光修饰位于磷酸键末端,在聚合反应发生时,碱基始终处于天然状态,没有“分子疤痕”,理论上DNA分子链的合成可以无限延伸,实现长读长。

图:荧光发生(Fluorogenic)测序化学。

基于荧光发生(Fluorogenic)测序化学,谢晓亮院士、黄岩谊教授课题组深耕4年陈子天博士及同事历经种种挑战与考验,从化学原理上对荧光发生测序技术中的荧光标记分子进行结构优化,设计合成了反应性能出色的新型荧光核苷酸测序底物;对聚合酶参与的物理化学反应过程进行测试及建模;优化测序反应条件和信号采集流程;开发信息论编码解码等等,经过无数次改进、重复,开发了纠错编码(ECC)测序策略,大幅提升了高通量测序的准确度。该成果已于2017年发表于国际顶级学术期刊Nature Biotechnology

图:纠错编码(ECC)测序策略。

荧光发生(Fluorogenic)测序化学和纠错编码(ECC)测序策略是中国本土的原创测序技术。随着测序技术的不断完善,赛纳生物目前已实现了全领域(试剂、设备、算法、芯片)专利覆盖,构建起知识产权的强大护城河。自此,我国基因测序技术拥有了独立自主的核心技术与知识产权。

图:赛纳生物申请知识产权97项,已获授权47项。

从1到100:不断迭代升级,推进测序仪产业化

基于荧光发生(Fluorogenic)测序化学和纠错编码(ECC)测序策略,赛纳生物研究团队分工合作,通过反复迭代调试,于2017年研发出第一台原理机,即S100。S100简便易用,既吸取了荧光发生(Fluorogenic)测序化学中的优点,又结合了更具优势的纠错编码(ECC)测序策略,降低测序复杂度、在读长和准确度方面都有所提升,同时底层化学技术能大幅降低应用端的建库试剂成本和人员成本。

陈子天博士强调,开发出全自主知识产权的国产基因测序平台仅仅是入门,不断地迭代研发、推进国产测序平台产业化才是重中之重。制造工程机的过程耗时且漫长,需要根据用户的需求及反馈信息不断进行产品的改进完善,促使测序平台从“可用”向“好用”发展。

赛纳生物的发展也随着测序平台S100的研发及产业转化进程逐渐步入正轨。在打造国产测序平台核心业务的过程中,赛纳生物心无旁骛,创新创造的企业氛围,以及踏实坚定的团队合作,为加速行业内国产替代进程注入了强劲动力。

凭借雄厚的基础研究积淀,2017年9月,赛纳生物在得到北京市科委对科技型中小企业促进专项的立项支持后,开始了真正的工程化之路。据了解,赛纳生物Alpha、Beta版工业样机、小批量芯片和试剂的研制已经完成,实地检测运转良好。同时,公司具备完善的化学和酶原材料生产基地、GMP试剂生产车间,致力于制造可生产的、成本可控制的、简便操作的工程机。

产品定位决定着国产测序平台的主要市场及发展方向。“国内医院医技科室的测序需求更偏向于中低通量、准确度高、速度快的测序平台,以及更高性价比的开机成本,这是临床应用的关键。”陈子天博士表示,鉴于赛纳生物目前的市场定位主要面向临床检验,因此公司第一台桌面型测序平台S100被设计为灵活部署、无需凑样的小型测序仪,适用于医院及研究机构。

赛纳生物S100测序平台具有准确度高、速度快、可灵活部署、无需凑样的特点。此外,该系列仪器界面实现全中文,方便研究人员操作,结合赛纳生物自主研发的试剂和芯片等,还可以帮助合作伙伴简化测序流程,降低测序成本,提升行业渗透率,促进基因测序商业环境的健康发展。目前,赛纳生物S100测序平台的注册申报及临床试验正在顺利进行,预计2022年可获得上市许可。

赛纳生物与数家医院、研究机构及应用服务公司在病原微生物、NIPT、PGS、肿瘤、法医等领域均有相关合作,可以满足科研和临床多场景多元化的需求。例如基于测序平台S100,使用赛纳生物-非小细胞肺癌患者伴随诊断建库试剂盒(FFPE样本)对北京某医院的肺癌组织进行检测分析,结果显示其可稳定检测出临床肿瘤组织标本的突变信息,指导靶向治疗。

 结 语 

基因产业已被国家列为新兴产业之一。随着我国在基因测序上游技术及设备方面自主研发、自主创新力度的不断加大,国产测序仪已具备一定的竞争力。“有序,有未来 Sequencing the Future”,赛纳生物依托北京大学自主知识产权,全力打造国产测序平台在研发、应用、转化平台上的核心竞争力。此外,为实现真正意义上的全国产测序解决方案,赛纳生物还在原材料生产、试剂生产、仪器生产以及技术研发方向投入大量人才资源,做到真正拥有自主可控的产品生产能力和研发实力。

采访中,陈子天博士透露,赛纳生物将在今年11月举行新品上市发布会,届时欢迎行业同仁参与讨论,合作共赢,共同构建中国主导的测序新生态。

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本文由 SEQ.CN 作者:白云 发表,转载请注明来源!

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