步锐科技:开拓呼气检测新技术,探索感染性疾病与肿瘤诊断新机遇

2021-01-04 王婵 动脉网

望闻问切,诚为医之纲领。

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通过呼气检测对患者进行疾病诊断的案例自古有之,过去数十年的临床研究也在不断探索呼气分析对疾病诊断的指导意义。这由此衍生出了一门新型学科——呼气代谢组学,通过检测人体呼气中挥发性有机物(VOCs)的分布差异,实现人体健康状况的诊断与监测。

“与多位临床呼吸专家的数次深入交流后,我发现临床对呼气检测技术用于疾病诊断的需求一直都存在。”步锐科技创始人王东鉴告诉动脉网,“现有的呼气检测设备与方法存在操作复杂、通量低、耗时长、成本高昂等诸多问题,从而导致呼气检测在临床推广和商业化方面一直存在一个巨大的障碍。”

步锐科技是一家专注于呼气检测与疾病生物标志物研究的科技企业,公司旨在通过对人体呼气检测,实现恶性肿瘤与感染性疾病的早期筛查,为多种代谢相关疾病的快速诊断提供辅助手段,为医院、科研机构、第三方检验中心等机构提供一种全新的无创、精准、便捷、低成本的筛查及鉴别诊断解决方案。

在敏锐察觉到呼吸检测市场大有可为之后,王东鉴便有了创建一个操作简单、低成本、高通量呼气检测平台的想法。通过研究过往十余年国内外相关文献资料,王东鉴终于找到了步锐科技的另一位合伙人李海洋教授。

李海洋教授是我国从事高端分析仪器和在线检测研究的顶级专家,担任中国科学院大连化学物理研究所快速分离与检验课题组组长,国家二级研究员、博士生导师,现任步锐科技首席科学家。

在李海洋教授的支持下,王东鉴在2015年组建了步锐科技的初始研发团队,团队成立之初即迅速开展临床研究,与北京大学人民医院心胸外科王俊院士团队合作,开展基于“人体呼出气体中的挥发性有机物在肺癌鉴别检测中的意义”课题研究。随着研究的不断深入,步锐科技与北京大学人民医院、中国科学院大连化学物理研究所三方联合成立了“呼吸代谢研究中心”。

攻克呼气检测壁垒,推动临床应用进程

步锐科技针对呼气检测采用的是一种自主研发的单光子电离-飞行时间质谱(SPI-TOFMS)技术,该技术能够在高湿度环境下对呼气中的VOCs进行高灵敏、实时、快速测量,具有ppt量级的检出限及秒级的响应速度。

已有研究表明,通过检测呼气中的VOCs形成指纹图谱可以有效区分患者是否存在微生物感染。人体感染微生物后机体呼气中所包含的VOCs主要来源于三个方面:其一是人体生理代谢过程的产物;其二是微生物病毒代谢过程的产物;其三是人体对感染以及炎症应激反应过程所产生的代谢产物。一旦微生物入侵人体,即使处于潜伏期同样存在高代谢性而呼出气中的代谢产物表现出明显差异。因此,通过对人体呼气痕量挥发性代谢组分的分析,将有望为感染性疾病的早期快速检测提供一个简单、高效的分析方法,具有重要社会价值和广阔的临床应用前景。

除了感染性疾病,缺氧、细胞过度增殖、过度炎症和活性氧活性以及其他与癌症相关的病理机制都会导致局部和系统性VOCs的谱图和浓度发生明显变化。也就意味着,VOCs可以作为对人体生理病理状况做出全面判断的重要标志物。

然而,即便已经明确VOCs指纹图谱对疾病的精准诊断有着指导意义,如何对VOCs进行精准检测又是一道难题。“人正常呼出的气体里含有饱和水蒸气、氮气、氧气等高浓度气体,相对而言VOCs含量极低,通常是痕量级的,在这种复杂基质条件下通用的质谱仪很难对其进行定性定量分析。”王东鉴坦言。

步锐科技经过多年潜心投入,自主研发了一种核心专利技术“基于真空紫外灯的新型高气压光电离源”,该技术是一种阈值光电离技术,其所释放的光子能量能够实现呼气中绝大多数VOCs组分的高效电离,同时无法电离水蒸气、二氧化碳、氮气、氧气等背景组分,从而排除背景干扰实现VOCs精准分析,巧妙地攻克了呼气质谱分析的技术壁垒。

SPI-TOFMS实现了呼气样本无需富集直接进样分析,能够对不同种类和性质的小分子VOCs进行高效电离和广谱分析。同时所采用的光电离源是一种软电离技术,以分子离子为主,易于谱图的解析与定性定量分析。

王东鉴介绍:通过SPI-TOFMS做一次呼气检测最多仅需60s即可完成,检测报告1 min即可获取,目前在结核病、肺癌、乳腺癌等疾病筛查验证中实现了敏感度和特异性均达到90%的结果。公司也正在积极进行临床试验,近期将会迎来更多好消息。

千人盲测筛查落地,无创早筛成为现实

步锐科技基于SPI-TOF实现人体VOCs的痕量检测,有明显临床应用优势。在多癌种、消化系统疾病、肺部疾病、血液感染等疾病已经有文献和实验证明其应用潜力,国际上也有多家公司和研发团队在这些方向积极布局。

目前,基于呼气SPI-TOFMS检出的不同VOCs组分,步锐科技率先布局肺癌、肺结核、乳腺癌三大领域,并有数条备用适应症管线也在积极开发中。

根据目前步锐科技已经做过的临床数据来看,在千例肺癌检测中,敏感度在88%~90%之间;千例肺结核的检测敏感度在92%~97%之间;300例乳腺癌检测敏感度也达到了90%。其中,SPI-TOFMS对肺癌的早筛可以检测到最小5毫米左右的原位腺癌。

值得一提的是,在2020年9月14~17日,步锐科技联合湖南省常德市下属某疾控中心合作,对当地1564名入学新生进行肺结核筛查,这是步锐科技首次在真实场景下的前瞻性实验。在这次实验中,经过SPI-TOFMS呼气筛查,成功从一千多名入学新生中检测出唯一的一名活动性肺结核患者,与疾控中心复核结果完全一致,这对步锐科技具有里程碑意义。

关于未来,步锐科技将会朝着多癌种和多种感染性疾病筛查的方向进行战略布局。多癌种检测指可以同时实现多种癌症的一次性筛查,能够有效降低癌症发病率和死亡率,是癌症早筛的大势所趋。王东鉴坦言,采用SPI-TOFMS系统对不同癌种的检测和分析方法其实是一致的,只是后期对质谱数据的分析软件存在差异,这意味着未来步锐科技有望通过一次采样检测实现多癌种早期筛查。

据悉,步锐科技在2019年获得奇迹之光创投基金的天使轮投资,目前已启动pre-A轮融资计划,以进一步加快其产品管线研发及获批进程。

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