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專(zhuān)訪(fǎng)予果生物丨病原診斷符合率≥85%,與AI領(lǐng)域知名團(tuán)隊(duì)合作,推動(dòng)數(shù)字化病原微生物診斷

 生輝 2022-03-01

宏基因組測(cè)序(mNGS)技術(shù)為臨床感染病原精準(zhǔn)診斷帶來(lái)了顛覆式的創(chuàng)新和影響力。

mNGS 技術(shù)的出現(xiàn),可以以整體性研究樣本中的病原微生物病原譜分析,實(shí)現(xiàn)細(xì)菌、真菌,寄生蟲(chóng)精準(zhǔn)種屬鑒定,病毒分型分析,耐藥及毒力等功能分析,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化感染患者病程監(jiān)測(cè)、溯源分析及感染預(yù)測(cè)分析等。對(duì)于輔助臨床精準(zhǔn)抗感染,提升患者預(yù)后及生命體驗(yàn),具有重要的意義。

自 2014 年 mNGS 首次應(yīng)用于臨床感染病原診斷以來(lái),在不同感染類(lèi)型中的科研探索及臨床應(yīng)用均取得迅速發(fā)展,尤其是在新發(fā)、罕見(jiàn)及難以檢測(cè)病原體鑒定,混合感染,排除感染,及耐藥基因方面優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,mNGS 技術(shù)的迭代更新,不僅依托于以測(cè)序?yàn)榇淼纳飳W(xué)技術(shù),還將受惠于以計(jì)算語(yǔ)言為代表的信息技術(shù)高速發(fā)展。

予果生物創(chuàng)始人夏涵對(duì)此談到,“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)正在成為 NGS 行業(yè)的新風(fēng)向,予果將充分運(yùn)用自身的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì),結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),持續(xù)推動(dòng)上游生物學(xué)研發(fā)進(jìn)程?!?/span>

圖丨夏涵(來(lái)源:受訪(fǎng)人)

夏涵本科畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)院,研究生師從瑞典皇家科學(xué)院院士 Ulf Landegren,并獲生物信息學(xué)的碩士學(xué)位,西安交通大學(xué)控制學(xué)與工程博士學(xué)位。其作為醫(yī)用高通量測(cè)序標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)歸口單位專(zhuān)家,中國(guó)醫(yī)藥生物技術(shù)協(xié)會(huì)生物診斷技術(shù)分會(huì)常務(wù)委員,廣東省醫(yī)療行業(yè)協(xié)會(huì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染管理分會(huì)副主任委員,中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會(huì)基因檢測(cè)分會(huì)委員,并獲省級(jí)人才和地方領(lǐng)軍人物、HICOOL 全球創(chuàng)業(yè)大賽一等獎(jiǎng)。

2017 年,夏涵創(chuàng)立了予果生物,憑借其多年醫(yī)藥行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及對(duì)于感染與免疫、微生態(tài)、宏基因組微生物檢測(cè)、臨床宏基因組病原檢測(cè)應(yīng)用的積累,予果生物不僅緊跟生物學(xué)技術(shù)潮流,還與多位人工智能領(lǐng)域中的知名專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)展深度合作,以促進(jìn)其技術(shù)與產(chǎn)品進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。

近期,予果生物宣布完成 3 億元人民幣的 C 輪融資。本輪融資由上海生物醫(yī)藥基金獨(dú)家領(lǐng)投,老股東 LYFE 洲嶺資本跟投。該輪融資將用于予果生物新產(chǎn)品研發(fā)以及病原 NGS 的院內(nèi)本地化部署。

多方機(jī)構(gòu)合作,AI 技術(shù)助力提升檢測(cè)效率、性能和成本


臨床微生物學(xué)包括微生物診斷學(xué)和臨床樣本的病原學(xué)識(shí)別,用于指導(dǎo)感染性疾病患者的管理和治療策略,以及公共衛(wèi)生微生物學(xué)、社區(qū)感染性疾病報(bào)告的監(jiān)督和監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)微生物診斷包括體液培養(yǎng)檢測(cè)、藥敏試驗(yàn)和 PCR 檢測(cè)等,雖然該類(lèi)方法提供了相對(duì)廣泛、經(jīng)濟(jì)并且快速的檢測(cè),但卻普遍存在陽(yáng)性率低、且僅能診斷已知感染病原的問(wèn)題。難以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合感染和未知致病微生物的檢測(cè),一直是傳統(tǒng)檢測(cè)方法無(wú)法逾越的障礙。

近年來(lái),高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和組學(xué)技術(shù)的興起為新的檢測(cè)方法提供了技術(shù)基礎(chǔ)。通過(guò)描述樣本中存在的所有 DNA 或 RNA 信息,mNGS 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)微生物組以及患者樣本中的人類(lèi)宿主基因組或轉(zhuǎn)錄組的分析工作,從而全面、快速的完成新型致病微生物的檢測(cè)和診斷。

該技術(shù)通過(guò)直接從臨床樣本中的提取核酸進(jìn)行高通量測(cè)序,并基于生物信息學(xué)算法與臨床病原數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)分析,從而鑒定樣本中病原微生物種類(lèi)及功能信息。用于快速、客觀(guān)、全面和準(zhǔn)確的檢測(cè)臨床樣本中幾乎所有的病原微生物(包括病毒、細(xì)菌、真菌、寄生蟲(chóng)等),為臨床抗感染提供精準(zhǔn)的病原學(xué)證據(jù)。

作為一家微生物測(cè)序及微生物基因組大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)企業(yè),予果生物致力于將基因測(cè)序、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等前沿技術(shù)應(yīng)用在臨床醫(yī)療,幫助臨床醫(yī)生提升對(duì)未知病原的診斷能力,從而快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行醫(yī)學(xué)干預(yù)。

目前,予果生物已成功研發(fā)出國(guó)內(nèi)首款具有國(guó)際領(lǐng)先水平的云端病原微生物數(shù)據(jù)分析系統(tǒng) PACEseq(Pathogen Capture Engine)。該系統(tǒng)基于 “超高維度特征值分析” 機(jī)器學(xué)習(xí)算法、降噪等底層創(chuàng)新技術(shù),結(jié)合臨床需求,提供前沿的病原診斷數(shù)字化解決方案,以 “置信度” 精準(zhǔn)定性與 “特異性序列數(shù)” 定量分析,實(shí)現(xiàn)病原診斷符合率≥85%。

在樣本處理方面,無(wú)需培養(yǎng)或特異性擴(kuò)增,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于臨床樣本(包括腦脊液、血液、肺泡灌洗液、無(wú)菌體液、組織等)進(jìn)行病原微生物 DNA 及 RNA 序列的測(cè)定,從而快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出臨床樣本中的多種微生物。

對(duì)于病原微生物診斷行業(yè)來(lái)說(shuō),目前是效率、性能和成本共同驅(qū)動(dòng)著業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)于企業(yè)來(lái)講,打造出更快、更靈敏和更便宜的檢測(cè)產(chǎn)品才能立足于市場(chǎng)?!?夏涵認(rèn)為,以這三個(gè)方向?yàn)槟繕?biāo),謀求人工智能技術(shù)與生物檢測(cè)技術(shù)的共同發(fā)展將成為企業(yè)制勝的關(guān)鍵。

此前,具有深厚生物信息學(xué)背景的夏涵已經(jīng)注意到,大數(shù)據(jù)對(duì)于各個(gè)行業(yè)的顯著推動(dòng)作用。特別在其他檢測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代的今天,只有微生物檢測(cè)還基本停留在金標(biāo)準(zhǔn)時(shí)代。2018 年,予果生物著手開(kāi)展基于 AI 推動(dòng)的微生物病原檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)工作。

對(duì)于數(shù)字化診斷技術(shù)來(lái)說(shuō),完成全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)積累將為后續(xù)分析工作打下重要基礎(chǔ)。“不僅僅是簡(jiǎn)單的應(yīng)用數(shù)字化,而是要積累包括傳統(tǒng)檢測(cè)、二代 NGS、三代 NGS 等各種不同檢測(cè)方法產(chǎn)生的全類(lèi)型數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整合才形成用于研發(fā)人工智能診斷技術(shù)的初始材料。可以說(shuō),mNGS 僅僅是我們收集的數(shù)據(jù)里面很小的一部分。” 夏涵表示。

“2019 年,我們?cè)?AI 創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)方向取得了較大的里程碑,即與北京智源人工智能研究院成立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。” 據(jù)夏涵介紹,基于該項(xiàng)合作,予果生物與多位人工智能領(lǐng)域中的知名專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)展深度合作,其中包括微軟亞洲研究院創(chuàng)始人張洪江院士、清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系副主任唐杰教授等。

除此之外,予果生物還與西安交通大學(xué)共建 “泛基因組聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”,從而進(jìn)行下一代微生物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)的研究和創(chuàng)新算法開(kāi)發(fā)等工作。

檢測(cè)靈敏度提升 30%,產(chǎn)品需適應(yīng)臨床端的多樣化需求


“顯而易見(jiàn)的是,AI 技術(shù)在具備了更高準(zhǔn)確性?xún)?yōu)勢(shì)的同時(shí),也對(duì)安全性提出了極高要求?;谝陨蟽牲c(diǎn),研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提升了人工智能檢測(cè)平臺(tái)的分析性能和信息安全性。不僅僅提升了微生物檢測(cè)方面的靈敏度,并且還將在機(jī)器學(xué)習(xí)與分析過(guò)程中有效保護(hù)患者的個(gè)人信息。
(來(lái)源:予果生物)

另一方面,予果生物針對(duì)上游基因測(cè)序技術(shù)平臺(tái)及方法學(xué)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與規(guī)劃。據(jù)介紹,2022 年內(nèi)予果生物將推出兩款新產(chǎn)品。包括靶向性的病原測(cè)序產(chǎn)品,其在縮小檢測(cè)病原微生物范圍的同時(shí)將提高檢測(cè)效率并降低成本。對(duì)于一些特殊病原體,其檢測(cè)靈敏度顯著提升 30% 左右。

“除此之外,予果生物還將推出基于三代測(cè)序平臺(tái)的病原診斷產(chǎn)品。從取樣到獲得報(bào)告僅需要五小時(shí),更適合針對(duì)性的解決臨床檢測(cè)的部分重點(diǎn)需求?!?夏涵介紹道。

隨著醫(yī)學(xué)界研究的不斷進(jìn)展,越來(lái)越多的人們意識(shí)到,微生物組或?qū)⒃诩毙院吐约膊顟B(tài)中扮演重要角色。

特別是近兩年以來(lái),多家國(guó)內(nèi) mNGS 技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)代表企業(yè)獲得過(guò)億元的融資,以及 mNGS 專(zhuān)家共識(shí)的發(fā)布,也充分體現(xiàn)了資本市場(chǎng)以及行業(yè)專(zhuān)家對(duì)于該賽道的關(guān)注與認(rèn)可??上攵谖磥?lái)一段時(shí)間之內(nèi),mNGS 將繼續(xù)在診斷、監(jiān)測(cè)和跟蹤新的疾病爆發(fā)方向上發(fā)揮重要作用。

目前,參與到病原微生物宏基因組測(cè)序賽道中的玩家仍然不多。國(guó)外以 IDbyDNA、Karius 為代表,國(guó)內(nèi)則以華大基因、予果生物、杰毅生物、迅敏康、微遠(yuǎn)醫(yī)療、金域檢驗(yàn)、博奧生物等作為主要競(jìng)爭(zhēng)者。

作為國(guó)內(nèi)最早將游離核苷酸宏基因組高通量測(cè)序技術(shù)轉(zhuǎn)化于臨床的企業(yè),目前予果生物已在全國(guó) 31 個(gè)省份,150 多個(gè)城市開(kāi)展業(yè)務(wù),累計(jì)檢測(cè)樣本量超 18 萬(wàn)例。

不僅如此,予果生物已在全國(guó)范圍內(nèi)建立起八個(gè)基因測(cè)序?qū)嶒?yàn)室。其中包括近萬(wàn)平米的北京總部研發(fā)及生產(chǎn)中心,位于上海的微生物測(cè)序研究所,以及位于西安的西北地區(qū)最大的測(cè)序和研發(fā)中心。

而對(duì)于研究發(fā)展及市場(chǎng)相關(guān)布局,夏涵也早有充分的考量:“各個(gè)實(shí)驗(yàn)室具備差異化的研究與市場(chǎng)功能,主要是考慮到各個(gè)城市具備不同的技術(shù)領(lǐng)域與人才優(yōu)勢(shì)。目前,予果正在布局與上海市臨檢中心、上海實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究院開(kāi)展的合作項(xiàng)目。西安則主要涉及到與西安交通大學(xué)在計(jì)算方面的研發(fā)工作。”

對(duì)于病原宏基因組測(cè)序領(lǐng)域而言,檢測(cè)準(zhǔn)確性與時(shí)效性是該領(lǐng)域企業(yè)立足的根本。在此基礎(chǔ)之上,自動(dòng)化、數(shù)字化的解決方案或?qū)槠涮峁┬碌陌l(fā)展思路。

“我認(rèn)為 mNGS 競(jìng)爭(zhēng)比賽的上半場(chǎng)已經(jīng)結(jié)束了,作為一個(gè)企業(yè),在這之后我們還需要思考的是,如何能將產(chǎn)品做得更好,更適應(yīng)于市場(chǎng)的實(shí)際需求。” 夏涵指出,“比如病原宏基因組測(cè)序產(chǎn)品,可能更多的是面對(duì)住院患者,這部分人群的患病情況一般來(lái)說(shuō)會(huì)更重、更復(fù)雜,所以對(duì)產(chǎn)品的各方面性能要求會(huì)更高。這也就是予果生物長(zhǎng)期以來(lái)尋求突破的方向?!?/span>


參考資料:
  • https://www./index.html

  • https://www./articles/s41576-019-0113-7#ethics


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