IVD这个细分领域,未来市场容量或达200亿!(重点关注)

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楼主 2018-12-07 15:19:06
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前言:液体活检的产业发展概况


2017年6月,世界经济论坛与《科学美国人》杂志的专家委员会联合选出了2017年度全球十大新兴技术榜单,其中肿瘤的无创诊断技术成功入选并荣膺榜首。肿瘤无创诊断技术即液体活检(liquid biopsies)的出现,标志着人类在攻克肿瘤的道路上又前进了一大步。与传统的组织活检相比,液体活检具备实时动态检测、克服肿瘤异质性、提供全面检测信息等独特优势。目前,临床研究中,液体活检主要包括游离循环肿瘤细胞(CTCs)检测、循环肿瘤DNA(ctDNA)检测、外泌体及循环RNA(Circulating RNA)检测等,与传统的依靠临床症状或影像学诊断技术比较,利用液体活检技术可以更早地发现疾病进展。


近十年来,肿瘤液体活检研究热度不断攀升,多个国家及地区积极投入其中。目前,美国的 CTC 临床研究水平遥遥领先于其他国家。而在近几年中国的CTC临床研究水平发展势头迅猛,实力不可小觑。援引21世纪经济报的统计,中国目前有47家公司在从事肿瘤液体活检,其中,26家公司选择ctDNA路线,9家公司选择CTC,代表性企业包括华大基因、药明康德、燃石生物、普世华康等。JP摩根和高盛预测,液体活检在全球的市场规模高达230亿美元,其中,美国占据61%的市场份额。中国液体活检市场在5-10年内的市场潜力约为200亿,近年来,肺癌、结直肠癌、胃癌、乳腺癌等癌症的患病率在中国逐年增加,肿瘤分子诊断的需求不断增加。根据国家癌症中心发布的数据,我国5年内诊断为癌症且仍存活的病例数约为749万,适合使用液体活检技术的肿瘤病人至少为 542 万人,占比达到了72%[1]。




ctDNA检测作为一种“液体活检”技术,其具有简便、快捷,且在一定程上能克服肿瘤时间和空间异质性等优势,近年来被广泛用于治疗前肿瘤分子分型,参与靶向治疗选择性决策,以及在患者治疗过程中评估肿瘤动态和负荷变化,实时监测治疗的有效性,及监测患者机体的微小残留病灶、复发、预后评估、耐药的产生等多个方面。



近10年CTC相关发表文章数



近10年ctDNA相关发表文章数[2]


技术的成熟催生了资本市场的火爆


2015年,液体活检技术被《MIT Technology Review》评为年度十大科技突破之一。根据Piper Jaffray预测,2026年广义液体活检全球市场总容量约326亿美元,包括肿瘤领域286亿美元、无创产前诊断(NIPT)20亿美元、器官移植20亿美元。而2026年全球肿瘤液体活检市场容量可达286亿美元,其中早期筛查150亿美元、伴随诊断17亿美元、治疗监测50亿美元、复发监测69亿美元。[3]


目前国外从事液体活检的主要公司包括:Grail、Guardant Health、Personal Genome、Trovagene、Genomic Health、Janssen Diagnostics、Qiagen、RainDance和Biocept等,其中不乏有Illumina、罗氏等巨头涉足其中,他们通过成立子公司或并购等方式,布局ctDNA领域,甚至完成大量融资来进行肿瘤早筛的临床研究。而国内的主要参与者包括华大基因、泛生子、达安基因、安诺优达、药明康德、贝瑞和康、诺禾致源等公司。涉及液体活检的基因检测公司早已被具有敏锐嗅觉的资本追捧,有些公司估值已经到了10亿以上。




国外CTC、ctDNA、外泌体公司[4]


基于目前行业火爆的现状,业界对于液体活检市场未来的发展也普遍持乐观态度。2017年2月,MARKET RESEARCH FUTURE发布了《Liquid Biopsy Market Research Report Global Forecast to 2022》,该报告预测:2016年至2022年,全球液体活检市场将以21.6%的复合年增长率增长;成本效益和消费者偏好的改变,将推动市场的发展。[5]


液体活检如何一步步成为时代焦点?


早在1000年以前,阿拉伯医生Abulcasis就发明了活检技术,该技术的好处是医生可以根据病灶组织学结构对病情做出判断。随着近几年测序技术的发展与成熟,医生还可以对患者的肿瘤组织测序,进而给出更加精确的诊断结果。


但随着科学家们对肿瘤研究的深入,他们发现在肿瘤的诊断和治疗过程中组织活检技术具有一定局限。


液体活检作为体外诊断的一个分支,通过收集患者的血液或尿液等对肿瘤等疾病做出诊断。其中ctDNA作为一种无创肿瘤标志物,被认为具有良好的发展前景,但当时在ctDNA的检测技术上仍面临一些问题,如敏感性不足、适用范围有限等。


这里就不得不提到一篇突破性的研究,2014年4月,发表在Nature Medicine杂志上的一篇研究报告中[6],来自斯坦福大学医学院的研究人员就开发了一种高敏感性的ctDNA定量检测方法(cancer personalized profiling by deep sequencing,Capp- Seq) ,有助于解决敏感性、适用范围等困难。


参与该研究的Maximilian Diehn博士说:“我们的目标是开发出一种能够克服ctDNA领域两大关键障碍的方法:首先,极高的检测灵敏度,能够检测出血液中极少量的ctDNA;第二,能广泛应用于绝大多数癌种,适于临床应用。”


即便是在晚期肿瘤患者体内,绝大多数的循环DNA(cfDNA)都来自于正常的、非癌性细胞。因此需要采用一种综合性的策略从血液中分离出循环肿瘤DNA(ctDNA),检测ctDNA的变异情况。为了提高这一技术的灵敏度,研究人员在提取、处理和数据分析方面进行了优化。


研究人员将这种通过深度测序来进行肿瘤个体化变异分析的技术命名为CAPP-Seq。该研究报道了CAPP-Seq技术在非小细胞肺癌(NSCLC)中的应用,研究人员在NSCLC引入Capp-Seq技术,设计为能够覆盖在95%以上肿瘤中鉴别出的体细胞突变,利用该技术,研究人员能够在100%的II-IV期NSCLC患者及50%的I期NSCLC患者的血液中检测到ctDNA的存在。在检测突变率低至0.02%的等位基因突变时,该技术的特异性能够达到96%。


尽管本研究的样本源自罹患非小细胞肺癌的患者(包括大多数的肺癌,如肺腺癌、肺鳞状细胞癌和大细胞癌),但研究者发现这种方法应该可以广泛适用于不同的实体瘤。未来,其应用场景将不仅局限于追踪肿瘤确诊患者的病情进展,还能够用于健康或高危人群早期的肿瘤筛查。


两年后,同样是斯坦福大学医学院的研究人员进一步开发出一种称为集成数字错误抑制(IDES)的校正方法,能够检测到频率低至0.004%的基因突变,相关研究于2016年5月刊登于国际杂志Nature Biotechnology上[7]。2014年时,Capp-seq技术的检测极限是0.02%,存在一定的错误率,为矫正这些错误,研究团队首先设计了一种分子标签技术,许多ctDNA检测开发者也采用这种方案来降低错误率。由于单链DNA和双链DNA分子标签技术各有优劣,双链DNA分子标签技术在降低错误上效果更佳,但效率不及单链DNA,因此不适合ctDNA量有限的样本。为此,斯坦福大学的研究人员着手设计出一种混合策略。首先,他们设计出测序接头,可用于单链和双链的分子标签;第二步,斯坦福的团队设计了一种计算工具,可以校正测序或PCR的系统错误。


随后,研究人员在NSCLC患者样本上验证了上述检测。首先,他们检测了41名晚期NSCLC患者的EGFR热点突变。从88个血浆样本中检测到412个EGFR变异,所有变异都已经通过肿瘤活检样本确认。接着,他们在参考细胞系上评估了检测的技术限制,创建了参考细胞系混合物,等位基因的变异频率在0.05-1.6%。他们发现,分子标签技术和计算校正方法是互补的,结合使用效果更佳。这种方法的理论检测极限是0.00025%。最后,他们利用这种方法来监控30名NSCLC患者中的突变(这些患者的肿瘤已经过基因分型)研究人员发现,他们能够检测到频率低至0.004%的突变。


在有了优秀的技术后,斯坦福大学的科研人员创立了Capp Medical公司,致力于通过基因组学的方法来检测患者肿瘤类型。


而另一边,跨国公司罗氏早在几年前就已经开始着手开发基因组学检测肿瘤的新方法。2008年罗氏公司以34亿美元的价格收购了Ventana Medical Systems公司,迈出了基因检测肿瘤患者的第一步。


2015年4月,研发出CAPP-seq技术的团队以及其归属的Capp Medical公司也被罗氏收于麾下,不难看出罗氏希望在液体活检这一领域继续深入的决心。


罗氏公司拥有世界上最强大的肿瘤研发部门,在获得了优秀的团队和技术的条件下,自然是如虎添翼。2017年5月8日,罗氏宣布在全球推出AVENIO ctDNA分析试剂盒,其能针对靶向用药、耐药机制研究、动态监测三个不同临床应用方向,推出了三款Panel,包括AVENIO ctDNA Targeted Analysis Kit、AVENIO ctDNA Expanded Analysis Kit及AVENIO ctDNA Surveillance Analysis Kit。此三款Panel可以全面的检测包括SNP、InDel、SV及Fusion在内的肿瘤变异类型,并且匹配后续的数据分析服务器、分析软件,提供一站式的ctDNA检测整体解决方案。这款产品结合了肿瘤液体活检的便捷性与NGS的高效性,能够帮助研究人员自行完成检测及分析。同时,多项研究结果验证了AVENIO ctDNA分析试剂盒在不同的实验室均能保持良好的稳定性和可重复性。


基于NGS方法检测的三款试剂盒可广泛应用于肿瘤学研究:


AVENIO ctDNATargeted试剂盒是基于靶向捕获测序技术的肿瘤液体活检基因分型检测试剂盒,包含17个NCCN等权威指南推荐的基因,用于肺癌、结直肠癌、胃癌、乳腺癌等多种肿瘤靶向用药基因检测。


AVENIO ctDNA Expanded 试剂盒是基于靶向捕获测序技术的肿瘤液体活检基因分型检测试剂盒,包含77个NCCN等权威指南推荐的基因及临床研究热点基因,可应用于肺癌、结直肠癌、胃癌、乳腺癌、卵巢癌等多类肿瘤耐药机制研究。


AVENIO ctDNASurveillance试剂盒是基于靶向捕获测序技术的肿瘤液体活检试剂盒,包含NCCN等权威指南推荐基因在内的197个基因,用于肺癌和结直肠癌等肿瘤突变负荷长期监测研究。


在这儿不得不提到罗氏强大的战略思维和长远眼光。从早年的Genetech到液体活检领域的“祖师爷”Capp-seq技术,罗氏优秀的投资和并购策略让其在生命科学领域成为了强大的中流砥柱。


液体活检技术的缺点及行业壁垒


凭借一管血液来检测肿瘤是数十年来全球医学界共同的梦想。而液体活检技术能利用各种检测手段从血液中捕捉肿瘤相关基因变异信息,用于肿瘤分子分型、靶向用药、耐药机制研究、复发监测等,可避免传统组织检测方法难以解决的肿瘤异质性问题、无法实时动态监测等局限。


尽管如此,液体活检技术还存在一定的技术缺陷。对于肿瘤早期筛查而言,CTC和ctDNA检测都面临的一个共同挑战,即二者DNA浓度较低,对检测技术的灵敏度要求极高。其次,液体活检的另一个挑战来自成本。在高成本的基因检测领域中,价格因素可能会影响液体活检的广泛应用。第三个挑战是液体活检并不适用于所有类型的肿瘤,由于血脑屏障会阻碍ctDNA进入血液,比如,胶质母细胞瘤释放到外周血中的ctDNA极低,并不适合液体活检。


除了技术层面的问题以外,将液体活检研究成果转化为临床应用仍面临几个关键的壁垒。


一、缺乏检测标准,从Panel设计中基因位点的选择、实验过程中的质控标准建立、生物信息学分析流程的标准化,以及变异解读中数据库的选择,不同实验室之间并未形成统一的标准,检测结果可比性不强,因此,目前这种检测方法进入常规临床检测存在着一定障碍。标准化的试剂盒、规范化的数据分析流程、专业的遗传咨询解读,以及全流程整体解决方案是液体活检在临床广泛应用的前提。


二、患者或消费者的经济承受力。包括我国在内的许多国家并未将液体活检纳入医保报销范围内,而液体活检产品往往价格不菲。此外,肿瘤液体活检并未纳入肿瘤患者管理的标准临床指南中,这进一步影响了保险机构的承保决定,阻碍了液体活检的普及。


三、基础研究人员和临床医生间的信息互通。基础研究是液体活检技术发展的基石,而临床医生则负责落实患者的具体治疗方案,双方是否能够非常顺畅地交流信息,并且对于患者的检测报告以及治疗方案达成共识,这直接决定了液体活检技术能否真正让患者获得更好的个性化治疗。

随着检测手段的不断进步,检测灵敏度和稳定性的逐步提高,技术瓶颈终将突破,监管政策也将逐步完善。


科学研究仍未停止脚步


2017年关于液体活检的研究依然如火如荼地进行,世界各地不断出现重磅级的研究成果。


今年不得不提到8月份NEJM杂志刊登了香港中文大学的卢煜明(Dennis Lo)教授的重磅级研究成果。


由于ctDNA在血液中的含量非常低,因此卢煜明教授带领其研究团队将研究对象转为会引起鼻咽癌的EB病毒的DNA。研究人员优化了筛查方法,结果显示,该种方法有效提高了鼻咽癌的早期检测和生存率。[8]


EB病毒与鼻咽癌的发生有密切相关性,因此实验设计寻找从肿瘤进入血液大量的病毒DNA,而不是癌细胞本身的DNA。研究人员在约2万名进行筛选的男性中,发现1112人(5.5%)检测出病毒DNA。其中309人在一个月后进行了验证性实验。通过内窥镜检查和核磁共振检查后,确认34人得了肿瘤。34种肿瘤中有16例是非常早期的,这种肿瘤在早期阶段不会有任何症状。三年后,除了一个病人外,所有的病人都活了下来,在接受标准放疗后没有肿瘤的迹象。相比之下,通常只有70%的鼻咽癌患者能够存活。


使用肿瘤筛查也能够改善很多肿瘤患者的生存率,但研究人员认为肿瘤筛查的费用较为昂贵,据统计593名个体共需要花费28600美元来筛查一种肿瘤。要知道在诸如美国等地方,鼻咽癌非常罕见,用过高的花费来筛查鼻咽癌显得没有必要。而这种通过检测EB病毒DNA的液体活检筛查技术非常具有潜力,未来能够帮助挽救众多肿瘤患者的生命。


另外,8月14日,发表在Cancer Cell杂志上的一篇研究报告中,来自荷兰阿姆斯特丹自由大学医学中心的研究人员设计了一种新型的液体活检途径,即通过检测被循环血小板(circulating platelets)吸收的肿瘤RNA。这种名为thromboSeq的新型检测技术能够以接近90%的准确率对非小细胞肺癌进行诊断[9]。


研究人员表示,thromboSeq技术可以检测到血小板中约5000种不同的RNA分子,通过不断优化它的RNA基因panel(panel of RNA genes),最终找到了少数能够预示肿瘤的RNA。研究人员利用这一检测方法对血液样本进行了测试,以确定其在肿瘤诊断中的准确性。结果证实,thromboSeq诊断早期肿瘤的准确率为81%,诊断晚期肿瘤的准确率为88%。在一个匹配年龄、吸烟状况和血液存储时间的验证对照组中,该方法的准确率高达91%;研究人员表示,这种新型技术未来有望进入临床试验中。


2017年10月,一项发表在国际杂志Nature Materials上的研究报告中,来自加州大学圣地亚哥医学院、穆尔斯肿瘤中心和中山大学癌症研究中心等机构的研究人员基于对包含循环肿瘤DNA(ctDNA)的血液样本进行研究,开发了一种用于肝细胞癌早期诊断和预后判断的新型液体活检技术[10]。


该研究中研究者共使用了1098例肝癌患者和885例正常人的临床样本数据。首先根据肝癌样本和正常样本的临床数据,从485,000个甲基化标记(来源于TCGA数据库)中筛选出了1,000个甲基化标记,随后挑选出扩增效率较高及甲基化特征多样化的401个甲基化标记进行深入研究。通过计算机深度学习715个肝癌患者ctDNA和560个正常样本的临床数据后,从401个甲基化标记中筛选出了10个甲基化标记,建立了肝癌的综合诊断模型cd-score。随后研究人员针对1049例肝癌患者的临床数据进行分析,得到综合预后模型cp-score(combined prognosis score),并拟合出了Kaplan–Meier 曲线。研究发现,预后情况不同的肝癌患者其cp-score具有显着不同。多变量分析显示cp-score和风险分级密切相关,并且可以作为一个独立的风险因子用于肝癌的风险分级。


逐渐完善的监管政策


除了有技术上的突破,近年来国家在政策上对于包括液体活检在内的测序行业也逐渐利好。


目前我国对于基因检测项目进入临床,实行的是双重监管。根据CFDA 在2014 年1 月公布的《食品药品监管总局办公厅关于基因分析仪等三个产品分类界定的通知》,基因测序诊断产品(包括基于测序仪及相关诊断试剂和软件),符合医疗器械的定义,应作为医疗器械管理,其中测序反应通用试剂盒(测序法)划为I 类医疗器械管理产品,基因测序仪作为III 类医疗器械管理。


2015年4月国家卫计委发布了《关于开展肿瘤诊断与治疗高通量测序检验(多基因检测)室内质量评价预研的通知》,2015年7月卫计委又发布《药物代谢酶和药物作用靶点基因检测技术指南(试行)》和《肿瘤个体化治疗监测技术指南(试行)》。


总的来说,所有仪器设备,试剂归CFDA 报批管理,临床实验归属卫计委管理。


经历了“全面叫停”后,近年来国家政策对于基因测序、精准医疗行业的发展起了很大的推动作用。2015年3月卫计委发布《国家卫生计生委医政医管局关于肿瘤诊断与治疗项目高通量基因测序技术临床应用试点工作的通知》,试点包括了14家医疗机构和6家第三方检验实验室。另外还发布了以肿瘤个体化治疗、药物代谢酶及作用靶点基因检测的技术指南,旨在规范化推广相关技术。


2016年4月国家发改委下发了《关于第一批基因检测技术应用示范中心建设方案的复函》正式批复27个省市发改委关于基因检测技术应用示范中心的建设方案。


2017年1月,国家发改委正式印发了《“十三五”生物产业发展规划》,明确了基因检测能力覆盖50%以上出生人口的目标,强调了以个人基因组信息为基础,结合蛋白质组、代谢组等相关内环境信息,整合不同数据层面的生物学信息库。


2017年11月,CFDA和卫计委联合颁布《医疗器械临床试验机构条件和备案管理办法》,规定了对列入需进行临床试验审批目录的第三类产品,应当在三级甲等医疗机构专业范围内开展临床试验;规定开展创新医疗器械产品或需进行临床试验审批的第三类医疗器械产品临床试验的主要研究者应具有高级技术职称并且参加过3个以上医疗器械或药物临床试验等等。

综合来看,国内政策对于液体活检和其他基因测序产品,经历了“叫停”、“试点”、“规范发展”三个阶段,未来的市场仍有很大的空间。


令人振奋的是,2017年11月,FDA在一个月内先后批准了纪念斯隆凯特琳癌症研究中心的多基因检测分析产品MSK-IMPACT?,以及Foundation Medicine 的 FoundationOne CDx,这两款产品的获批在美国甚至全球都具有相当重要的意义。


从FDA的审批标准中,我们不难看出对于肿瘤基因检测产品,FDA在检测结果的精准性、数据的管理更新过程、和报告解读能力三个方面均高度关注,这也是给国内从业者的一些启示。


CFDA对于国内的政策制定,很大程度上都会借鉴FDA的做法,包括目前对于基因检测临床的双重监管等,而FDA在批准基于NGS的肿瘤检测产品的实践中,已经踏出了重要的一步。这个消息公布后,对于业内人士来说是机会和挑战并存,但对于整个行业来说,无疑是前景大好。


结语


液体活检是一项富有挑战性的新技术,在肿瘤精准医学中扮演着越来越重要的角色。随着检测技术的标准化,检灵敏度和特异性的提高,液体活检将成为肿瘤诊断的重要技术手段。液体活检要广泛进入临床应用,不仅需要检测技术灵敏度和特异性的提升、临床研究的广泛积累,还需要建立相应的检测标准、建设规范的监管体系。


原始出处:

[1].《肿瘤液体活检市场初成预计中国市场规模200亿》,21世纪经济报

[2].数据来源Pubmed数据库

[3].数据来源Piper Jaffray测算

[4].数据来源火石hsmap

[5].Liquid Biopsy Market Research Report Global Forecast to 2022, MARKET RESEARCH FUTURE

[6].An ultrasensitive method for quantitating circulating tumor DNA with broad patient coverage. Nat Med. 2014 May;20(5):548-54.

[7].Integrated digital error suppression for improved detection of circulating tumor DNA. Nat Biotechnol. 2016 May;34(5):547-555.

[8].Analysis of Plasma Epstein-Barr Virus DNA to Screen for Nasopharyngeal Cancer. N Engl J Med. 2017 Aug 10;377(6):513-522.

[9].Swarm Intelligence-Enhanced Detection of Non-Small-Cell Lung Cancer Using Tumor-Educated Platelets. Cancer Cell. 2017 Aug 14;32(2):238-252.e9.

Circulating tumour DNA methylation markers for diagnosis and prognosis of hepatocellular carcinoma. Nat Mater. 2017 Nov;16(11):1155-1161.


【来源】体外诊断网

【全文整理】奥咨达

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