融资3亿,他们的技术可以找到癌症泄漏到血液里的蛛丝马迹

2017年11月20日,帝基生物(DiaCarta)宣布完成最新一轮融资,募集3亿元资金。本轮投资由FFC领投,投资方还包括GHC资金。帝基生物创始人及董事长张爱国博士表示,此次融资募集的资金将用于支持全球市场开拓、重大项目战略合作、新产品开发、FDA及CFDA申报。

在精准医疗崛起的今天,以循环肿瘤DNA(ctDNA)为基础的液体活检逐渐成为肿瘤诊疗的重要组成部分。在目前这种没有统一行业标准的情况下,时不时会有医生遇到这样的情况:同一肿瘤患者同一批外周血样本,送给两个不同的第三方检测机构检测,得到的检测结果却截然相反。

「前不久我们遇到一个脑癌转移患者,某第三方检测机构检测结果为阴性,没有有效的用药靶点。在患者病情恶化,家属开始准备后事之际,他们抱着一线希望寄了5毫升血到我们公司来。经过我们的努力,很快找出靶向基因突变,临床医生和我们的临床试验主任针对这些靶向,分析找到了对症的靶向药物,及时送到了病人手里。」张爱国博士说,「根据这个病人家属后来的信息可以看到,奇迹发生了,病人的积水和晚期肿瘤已经得到了明显的好转。 」

融资3亿,他们的技术可以找到癌症泄漏到血液里的蛛丝马迹

在张爱国博士看来,在血液游离DNA中找到跟肿瘤相关的ctDNA,犹如在一个干草堆里找绣花针,对检测技术要求极高。

他认为,基于NGS的液体活检技术都是把「草」和「针」一起放大,由于「草」在含量上本身就占优势,所以「草」被放大的机会更多虽然我们的目的是想把「针」找出来,但是放大的过程中,「草」增加的更快,这样一来,实际上干扰越来越多。「这个问题不解决,不管你用什么测序方法,面临的问题都是一样的」,张爱国博士说。

为了解决这一问题,很多液体活检公司都开发了自己的ctDNA富集技术,但很少有企业能取得很大的突破,实现在提高准确度的同时,降低检测成本。去年,来自犹他大学和华盛顿大学的研究人员在《PLOS Genetics》(1)上发表文章称,相较于正常细胞的DNA片段,源自肿瘤的ctDNA似乎更短。如果这一现象被广泛证实,会给液体活检技术带来巨大的提升。

在2012年的时候,帝基生物想用自己手中的信号放大技术解决这个难题,但是他们很快发现,他们那时的技术也很难解决这个问题。

「恰好在那个时候,我们的首席科学家Michael J. Powell进公司了,当时我们也不知道应该用什么样的技术。后来我就跟Powell交流,说我们公司现在遇到了这个瓶颈,我也跟他说了『草』和『针』的困境。我问他,我们究竟如何才能抑制住『草』,可以单独把『针』放大。」张爱国博士说。

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帝基生物的团队成员

Powell博士是一个非常有名的化学家,他在结构化学上面,尤其是PNA(肽核酸,是一种DNA类似物,PNA可以特异性地与DNA或RNA杂交,形成非常稳定的复合体)嵌合互补上有非常高的建树。Powell当时就建议利用核酸类似物嵌合正常的DNA片段,阻止其复制。但是当他们把市面上所有可以抑制的技术都尝试了,结果效果都不理想。

「既然市面上没有我们需要的东西,那我们就关起门来自己倒腾了。」张爱国博士说,「大概花了半年多的时长,终于找到了新的化合物,大概在2013年底我们推出了QClamp XNA技术。推出来以后,我们就开始做临床论证,后来发现XNA的确是个很好的东西。」

根据帝基生物提供的数据,使用QClamp XNA技术之后,基于NGS的等位基因中突变占的百分数(VAF%)最高可以提升十余倍(下面的数据是一家美国国际知名的测序试剂供应商对XNA验证的结果)。同时,由于XNA对正常DNA片段的抑制,液体活检的测序深度可以大幅降低。

「使用我们的技术之后,不仅大大提高灵敏度和特异性,同时成本也可以大幅降低,因此,我们的产品可以做到比市场价低得多,具有很高的性价比,使得精准医疗让普通大众都能承受的起。可以说这是个Game-changing的突破。」张爱国博士说。

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那么,看上去这么厉害的XNA到底是个啥?

XNA是Xeno-Nucleic Acids的首字母缩写,我们就当他是核酸类似物就好了,它是一大类物质的统称,例如PNA、LNA、TNA、GNA、CeNA和HNA等等(你现在一定明白它为啥叫XNA了)。XNA这个名字最早是由Piet Herdewijn和Philippe Marliere于2009年提出的(2)。虽然名字很新,但是XNA这一类化合物的研究历史却很悠久。帝基生物首席科学家Powell博士擅长的PNA是1991年丹麦有机化学家Peter Nielsen团队合成的(3), Nielsen 博士也是DiaCarta 的科学顾问,并和Powell 博士有历史悠久合作关系。Powell 博士也是第一位科学家把PNA应用于基因检测领域(6)。

XNA实际上跟DNA和RNA差不多(4),简单地说,就是在DNA上加点化学基团,或者去掉一些化学基团,又或者更换一些化学基团。这些改变上看上去很小,但是对它们的化学性质却产生了巨大的影响。

「我们闭关的那段时长里,我们一直在做一件事,就是把组成DNA的一个核酸上的一个化学结构替换了(5)。」张爱国博士说,「这个结构的变化,导致DNA熔点的剧烈变化,一旦结合到不携带特定基因突变的DNA片段,就很难让它们分开了。这样一来,就把所有的没有特定突变的基因全部都除掉了,目前市场上的技术(包括PNA)都不能达到完全抑制干扰的效果。这就是个革命性的突破。」

实际上,帝基生物的QClamp XNA设计思想并不复杂, 因为XNA的主要任务是阻止没有突变的DNA片段复制,因此,他们就针对目前已经有临床意义的突变位点设计XNA。相对于突变位点而言,XNA只与没有发生突变的位点结合,而且这种结合可以用「不可逆」来形容,一旦结合上去,没有突变的DNA片段就被「锁住了」,就不能复制了,只有携带突变位点的ctDNA片段可以复制。

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XNA的富集ctDNA的机制

当然,要把QClamp XNA做到完美并且能和成千上百个PCR探针组结合运用而不相互干扰并非一件容易的事。具张博士透露,市面上有些同行试图效仿他们的技术,但都没有什么好的结果,只好又过来和他们谈合作。

相较于从血液所有DNA片段中富集ctDNA,XNA技术通过抑制正常DNA片段的复制,达到只放大ctDNA的目的,显然是从另一个角度思考问题。「这个技术是一个反向思维,任何一个技术突破墨守成规是很难得到突破的。」张爱国博士在2016年奇点全球创新医疗大会上说。

显然,XNA本身不是用来发现新的基因突变,而是如果某个突变点有临床意义了,研究人员就可以根据这个位点设计XNA,做成诊断试剂盒。当然,如果需要监测多个基因的多个位点,只需要多设计几个XNA就好了,目前研究人员已经可以实现同时完成上百个位点的检测。用XNA去掉血浆DNA中的「草」之后,接下来做qPCR或者NGS都可以。

据了解,帝基生物团队已经给所有有临床意义的突变位点都设计了合适的XNA,并申报了专利。

目前,基于QClamp XNA技术的多个产品已经开始临床研究及运用了。其中检测肠癌的产品叫ColoScape,初步的临床研究结果已经出炉并已经获得欧盟论证(CE-IVD), 在欧洲及其它新兴国家开始推广。在与获得FDA批准的检测产品Cologuard(美国Exact Sciences公司))较量中,帝基生物的ColoScape表现明显优于Cologuard。尤其是在早期肠癌的筛查上。

德国坡茨坦大学Bettina Scholtka教授和她的团队通过十几年努力和临床验证,发现20个突变和大肠癌有直接相关。帝基生物获得了全球独家专利权后,整合了自身的XNA技术开发出了ColoScape检测产品并申请了新的全球专利,可以从粪便或血液样本DNA中检测

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帝基生物的ColoScape与获FDA批准的Cologuard在肠癌检测的比较

「我们非常高兴地发现,这个突变对于早期癌症的灵敏度远远高于目前市场上其他同类产品。」张爱国说,「FDA批准的技术Cologuard,对一期以后的灵敏度是92%以上,我们的检测技术是95%以上;尤其对癌前息肉,Cologuard达到42%,我们技术达到62%以上;目前市场上有些宣传特异把癌前和癌变后的检测灵敏度混为一谈,是不准确的;Cologuard需要把全美的样本寄到检验中心,两到三周才能检测出结果,并需要500多美金检测一次,而我们的技术是定量PCR产品可在任何检测实验室操作,当天出报告;同时在成本上也只是它的几分之一。此外,在和前浙大校长郑树教授合作过程中发现,我们的ColoScape血液基因检测更好地运用于大肠癌手术和治疗后的跟踪和监控。」

今年,远在大洋彼岸的帝基生物已经在南京建立了一个实验室,正式在国内落地。帝基生物已经与国内多家医院及研究机构建立和合作关系,希望能用他们优秀的技术造福国民。

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参考资料:

1.Underhill HR, Kitzman JO, Hellwig S, Welker NC, Daza R, et al. 2016. Fragment Length of Circulating Tumor DNA. PLOS Genetics 12:e1006162

2.Herdewijn P, Marlière P. 2009. Toward Safe Genetically Modified Organisms through the Chemical Diversification of Nucleic Acids. Chemistry & Biodiversity 6:791-808

3.Nielsen P, Egholm M, Berg R, Buchardt O. 1991. Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substituted polyamide. Science 254:1497-500

4.Pinheiro VB, Holliger P. 2012. The XNA world: progress towards replication and evolution of synthetic genetic polymers. Current Opinion in Chemical Biology 16:245-52

5.Michael Powell J, Ganta M, Peletskaya E, Pastor L, Raymundo M. 2015. High Sensitivity Detection of Tumor Gene Mutations. BAOJ Cancer 1:2

6. Erich M. Kyger, Mark D. Krevolin, and Michael J. Powell ;Detection of the Hereditary Hemochromatosis Gene Mutation by Real-Time Fluorescence Polymerase Chain Reaction and Peptide Nucleic Acid Clamping . ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 260, 142–148 (1998)

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