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      我国分子诊断行业现状及发展趋势

       分子诊断能够通过一系列的分子生物学方法,对机体及外来病原体的核酸物质或其相应的表达水平进行检测,可应用于传染病、遗传病、肿瘤等疾病的诊断或辅助治疗。在这些应用领域,分子诊断技术弥补了传统诊断方法的不足,为疾病预防、诊断、治疗监测及预后评估提供了重要证据。本文就分子诊断发展历程及其在传染性疾病、肿瘤及无创产前检测领域的应用现状及发展趋势进行分析。   分子诊断行业发展历程   分子诊断行业的发展历程大体可以划分为四个阶段。   (一)第一阶段:DNA分子杂交技术在遗传病基因诊断上的应用   1953年,由科学家Watson和Crick所构建的脱氧核糖核酸双螺旋结构模型开启了分子生物学形成和发展的篇章。此后,分子生物学研究不断取得进展,1978年,液相DNA分子杂交技术在镰形细胞贫血症诊断上的成功应用,极大推动了疾病诊断领域的发展,也为分子诊断拉开了蓬勃发展的序幕。   在分子诊断的初期阶段,基因诊断被应用于对遗传病的判定,即通过对胚胎期婴儿的产前诊断,更早期地预知一些遗传病的发生和后续的发展、预后。   (二)第二阶段:PCR技术在疾病诊断领域的广泛应用   1985年,由化学家KaryMullis发明的PCR技术的出现,给分子诊断领域带来了新的概念,推动传统基因诊断向更为全面的分子诊断发展,同时也标示着分子诊断进入新的发展阶段。   随后,基于PCR技术平台,越来越多的PCR应用技术被专家学者开发出来,如巢式PCR(nestedPCR)、反转录PCR(reversetranscriptionPCR)和实时荧光定量PCR与数字PCR(digitalPCR)等。其中,实时荧光定量PCR是目前应用最为广泛的PCR技术,其在基因工程、分子生物学以及其他DNA鉴定相关领域中应用广泛,尤其是在疾病检测与诊断方面。另外,在临床应用和商品检疫环节,以及新药开发和法医鉴定方面也被普遍应用。   (三)第三阶段:生物芯片技术引领密集型高通量检测技术的发展   从1992年世界上第一张基因芯片在美国Affymetrix公司问世到现在,芯片技术已经得到长足的发展。芯片按结构分类,可分为基于微阵列(microarray)的杂交芯片与基于微流控(microfluidic)的反应芯片。   传统的核酸印迹杂交技术在自动化程度和检测通量上都相对落后,同时也更为复杂,检测的目标分子数量也相对更少。生物芯片技术很好地解决了这些不足,其能够通过特定的分析方法和探针阵列,实现众多不同方面的应用,从针对基因突变和多态性的分析检测,到基因表达谱的测定,再到基因组文库作图和杂交测序等。这些都有力地助推了基因功能研究、现代医学科学和医学诊断学的快速发展;相关应用也已在基因诊断和药物筛选、个性化给药等方面有了极高的价值体现。   (四)第四阶段:高通量测序技术成为临床分子诊断的重要工具   1977年,第一代DNA测序技术在双脱氧末端终止法(由SangerF等发明)和化学降解法(由MaxamAM、GilbertW等发明)相继确立的背景下诞生。并在之后的20余年里,助力科学家完成了大量的测序工作,实现从噬菌体到人类基因组图谱的绘制。但第一代DNA测序技术在成本、速度以及实验复杂程度等方面都存在着很多的不足,这些都极大限制了其应用的范围。   自2000年初开始,第二代测序技术的出现推动了测序技术的快速发展。第二代测序技术又称高通量测序(NGS)技术,相比第一代测序技术,具有所需样本量小、总体成本低的特点,能够通过一次实验对多个基因完成检测。NGS技术可应用于病原微生物的快速鉴定、药物的靶向治疗以及产前筛查等领域。   我国分子诊断行业发展概况   我国分子诊断技术最早出现在20世纪六七十年代,80年代主要是以点杂交、Southern印迹杂交等为代表的技术。PCR技术在90年代开始逐步得到推广和应用,随之也带动分子诊断技术在国内快速发展,并开始进入临床实验室。目前我国分子诊断行业正处于分子诊断发展的第三个阶段,生物芯片技术正协同PCR技术共同发展,助推分子诊断行业快速发展。   我国分子诊断技术虽起步较晚,但发展速度高于全球。近几年分子诊断市场更是迎来前所未有的发展机遇。市场规模总值从2013年的25.4亿元增长至2019年的132.1亿元,年复合增长率达到31.63%,增长态势迅猛。虽然仅占全球市场规模的16.86%,但增速约为全球增速的2.6倍。   目前,我国在PCR技术方面发展成熟,已基本达到国际先进水平。截至2020年底,我国共有1320项分子诊断产品获批,其中70%是基于PCR技术的分子诊断产品。因此,目前PCR技术仍是国内主流的分子检测平台。   分子诊断应用广泛,应用领域主要包括:(1)感染性疾病及耐药的快速、灵敏诊断;(2)生殖健康的遗传病检测;(3)肿瘤的早期诊断、分子分型及靶向治疗;(4)药物基因组学。   (一)国内感染性疾病检测市场   感染性疾病的检测在国内分子诊断领域发展最早,也是市场占比最大的领域。乙型肝炎病毒核酸检测、丙型肝炎病毒核酸检测、新型冠状病毒核酸检测等领域占据国内感染性疾病分子诊断领域的主要份额。近五年,国内分子诊断市场发展最为迅猛的是血源病原体核酸筛查和新型冠状病毒核酸检测两大领域。   血源病原体核酸筛查(检测HBVDNA、HCVRNA和HIVRNA)是在政府政策推动下而得到迅速发展的一个分子诊断领域。分子诊断的优势和作用也在该领域得到了充分的显现,相比于仅采用酶联免疫吸附法(ELISA)检测HBsAg、抗HCV以及抗HIV(1+2型)+P24抗原,核酸筛查HBVDNA、HCVRNA和HIVRNA可以进一步缩短病原体感染机体后的检测“窗口期”,规避病原体突变等因素造成的ELISA漏检,并增加对隐匿性感染者的筛查覆盖。血源病原体核酸筛查极大地提高了临床用血及血液制品的安全性。   我国自2010年开始在15家血液中心进行了临床用血的病原体核酸筛查试点工作。2013年,原国家卫生计生委印发了关于推进血站核酸检测的实施方案,血站核酸检测工作开始在全国范围内推广实施。到2015年底,国内临床用血基本实现了病原体核酸筛查全覆盖。基于此工作的实施,临床用血的病原体核酸筛查市场也在2013年开始得到快速扩张(见图1)。2016年,原国家卫生计生委会同原国家食品药品监督管理总局进一步印发了《关于促进单采血浆站健康发展的意见》,要求至2019年底实现单采血浆站核酸检测全覆盖,血源病原体核酸筛查市场进一步快速扩展。可预见的是,随着全国无偿献血人次的逐年增长(2019年达到1563万人次,2020年受新冠疫情影响,预估献血人次将首次出现下滑;与发达国家相比及临床用血需求来看,献血人次后续仍将保持增长态势)和单采血浆站采浆规模(2019年近8820吨,较2015年增加47%,2020年采浆规模同样受新冠疫情影响,预估规模与2019年持平或略微下滑,从我国人均年采浆次数和未来可增设浆站的空间来看,采浆规模的增幅空间仍较大)的逐年扩大,血源核酸筛查市场也将呈现稳步增长的态势。   相对应,我国血源核酸筛查试剂也得到了突飞猛进的发展。自2013年华益美生物率先推出国内第一家能够覆盖HIV-2型的高灵敏度血液病原体核酸筛查HBVDNA、HCVRNA、HIVRNA检测系统以来,截至目前,国内已有7个厂家推出相关产品,与进口厂家罗氏(Roche)、盖立复(Grifols)共同参与我国血源核酸筛查市场。在临床用血病原体核酸筛查市场,2015年各地完成集中招标采购后,市场整体相对稳定,2017年国内厂家的检测量占比约45%,2019年国产检测系统装机量占比约59%。在单采血浆病原体核酸筛查市场,国内厂家检测系统的装机量及检测量较临床用血病原体核酸筛查市场占比更大。但同时可知,相对罗氏(Roche)、盖立复(Grifols)检测系统,国内厂家的检测系统在包括设备在内的系统整体自动化上仍存在较大的差距,需要更多的改进和换代。   另外,除目前进行的HBV、HCV和HIV筛查以外,还存在诸如戊型肝炎病毒、微小病毒B19、登革热病毒等可经血液传播的病原体,未来可能随着政策的推进,血源病原体核酸筛查市场将迎来更大的发展空间。   2019年底至今,新型冠状病毒暴发并席卷全球,给全世界范围带来了广泛的影响。得益于国家相关部门及我国分子诊断企业的快速响应,我国新型冠状病毒核酸检测试剂的研发、应用及生产规模均领先于全球。为有效防控疫情,我国采用局部疫情暴发下的“应检尽检”和特殊情形下的常态化检测,使得新型冠状病毒核酸检测的需求急剧膨胀,2020年上半年全国新型冠状病毒核酸检测量就达到了9041万人份。   2020,国务院印发《关于加快推进新型冠状病毒核酸检测的实施意见》,推进二级以上医院的新型冠状病毒核酸检测能力建设,促使新型冠状病毒核酸检测市场进一步扩大。截至2021年1月,全国可开展核酸检测的医疗卫生机构达到8437个,数量较2020年3月底增加4倍。   整体来看,新型冠状病毒核酸检测推动了我国分子诊断行业的进一步发展和疫情防控经验的积累,也加强了公众对分子诊断的认知和资本市场对分子诊断行业的关注,为分子诊断行业的发展发挥了积极的作用。但同时也能看到,随着新型冠状病毒核酸检测试剂生产企业数量及产能的不断扩大,企业间的市场竞争也在迅速加剧。在全球新冠肺炎疫情得到有效控制后,如何推动国内迅猛增加的核酸检测能力检测类别的转化,加强国内分子诊断行业的良性发展和推动包括技术、试剂和设备在内的高质量、高水平提升,需要引起我们更多的关注。   (二)国内其他分子诊断行业发展   生育健康检测、肿瘤全周期检测、妇幼健康检测也是分子诊断技术应用的重要领域。无创产前诊断(NIPT)是NGS技术发展应用的典范,预计2025年市场规模将达到约100亿元。依托PCR和NGS技术的伴随诊断在新靶点和新靶向药物发现、伴随诊断产品纳入医保等驱动力下,也有很大的市场提升空间。作为“蓝海”的肿瘤早筛市场空间大,国内企业尚处于起步阶段,早筛的临床验证需要较高的研发投入。   妇幼健康分子检测主要为人类乳头瘤病毒(HPV)、STD核酸检测、耳聋基因和地中海贫血基因检测。其中人类乳头瘤病毒(HPV)检测占全部妇幼健康分子诊断市场的一半以上,并且市场需求仍呈快速增长趋势。   宫颈癌是全球女性最常见的恶性肿瘤之一,发病率和病死率仅次于乳腺癌。HPV是引起宫颈癌的重要因素,宫颈癌HPV病毒核酸筛查能够促进宫颈癌的早查早治。中国宫颈癌筛查的高端市场主要被Qiagen和Roche等跨国公司产品垄断,国产HPV分子诊断试剂目前多采用分子杂交技术,存在自动化程度低、结果假阳性高的缺点。荧光定量PCR技术是HPV诊断领域的高端技术,国产品牌华益美生物较早推出了基于荧光定量PCR技术的人乳头瘤病毒HPV核酸分型检测产品,并应用于HPV核酸筛查市场。近几年,随着国家出台两癌筛查政策,进口四价、九价和国产二价HPV疫苗陆续上市,以及女性对宫颈癌预防意识的增强,HPV检测需求量会有较大增长,HPV检测市场有望进一步迎来蓬勃发展。   我国分子诊断行业技术前沿   (一)高通量测序:引领分子诊断走向高端   自从2001年第一个人类基因组测序开展以来,基因组学的研究成果呈现出爆发式增长的态势,而近几十年随着第二代高通量测序技术的出现,DNA测序技术使用变得快捷,成本也大幅降低,这使得高通量基因表达数据在医疗实践中得以广泛应用,尤其是在传统诊断技术表现不尽如人意的罕见病治疗中;加上医疗信息化的高速发展,催生了全新的医疗概念—精准医疗。   传统的诊疗方式都为“一刀切”式的,对于多数患者而言诊疗结果能够让人满意,但对一部分特殊患者而言可能是无效的。区别于传统的诊疗方式,精准医疗要求在面对患者时,充分考虑到生活环境、生活方式和基因表达的个体差异,在个性化医疗的基础上以基因组等组学技术对不同状态或过程的同一种疾病进行精准分类,为患者制定个性化治疗方案或预防策略,以区别治疗。这样可以在最大程度上减小针对相似症状的特定治疗方案对基因层面相异病变的患者所造成的伤害或者避免贻误最佳治疗时机。   (二)NGS于肿瘤精准医疗领域中的应用   现行的肿瘤筛查诊断技术存在着难以把握住癌症诊治过程中黄金阶段(早发现、早诊断以及早治疗)的问题,一般在三期甚至更晚期的癌症阶段才能做出诊断和相应的治疗,造成诊断和治疗的不彻底,同时难以完成原位癌位置的追溯。并且,在治疗阶段也无法通过靶向药物的运用实现精准用药,更无法在药物治疗产生耐药性以后,完成药物的及时更换,以实现更有效的治疗和患者寿命的延长。   自精准医疗概念出现后,经过十几年的临床实践,精准医疗已经展现它在肿瘤治疗上的巨大优势,即针对患者的分子水平上的肿瘤特性,医疗人员能够选择特定的靶向治疗方案提升患者生存概率并减少不良反应的发生。   (三)NGS于无创产前检测(NIPT)领域中的应用   无创性产前检测和有创性产前检测是产前诊断胎儿染色体疾病的两大类方法。其中有创性产前检测仍是目前该诊断领域的金标准,但伴有流产风险,同时也会伴有羊水渗漏、宫内感染等风险。因此,目前仅对高风险、高龄妊娠或有遗传病家庭史等情况考虑采用有创性产前筛查诊断。而主要基于对孕妇进行血清学检测和超声检测等检测方法的传统无创性产前筛查诊断,虽可以规避对孕妇、胎儿造成危害的风险,但无法解决其灵敏度和特异性均有限的问题。   二代测序技术(NGS)用于产前筛查与诊断,具有无创伤性、灵敏度和特异性好、操作简单易行等优点。随着NGS二代测序技术甚至纳米孔三代测序技术的发展,基于测序技术的高通量分子诊断技术将在产前筛查与诊断领域得以广泛应用。 (摘自中国食品药品网)


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