汇健科技研发高通量肽谱与代谢组技术助力临床质谱发展-杭州汇健科技有限公司-医学合作

汇健科技研发高通量肽谱与代谢组技术助力临床质谱发展

2018.01.21

质谱是一种功能强大的分析平台，它能获取生命体中核酸，蛋白，肽，代谢物等定性与定量信息，可实现生物标志物的发现及多种生物标志物的同时检测。相比于其他的临床诊断仪器，质谱能提供更高的信息量，有利于提高临床诊断的敏感性和特异性。然而质谱技术目前尚无法全面进入临床诊断、精准医学和相关健康领域的检测服务，其主要瓶颈是通量和成本问题。目前用于生物分析检测的软电离技术分为两大类，其中一类是电喷雾离子化（ESI）技术，另一类是激光解析离子化技术（LDI）。ESI通常与液相色谱联用，并与不同种类的质量分析器组合形成多种液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）。目前与ESI联用的质量分析器包括三重四级杆串联质谱（TQ）、飞行时间质谱（TOF）、四级杆飞行时间串联质谱（QTOF）、离子回旋共振质谱（ICR）、轨道离子阱（Orbitrap）等。虽然LC-MS具有定量精度和分辨率高的特点，但由于受LC分离速度的限制，难以实现高通量分析，阻碍了其在临床诊断和大规模筛查中的应用。MALDI-TOFMS是近年来发展起来的一种新型的软电离生物质谱，分析速度快，通量高，在临床诊断和筛查领域具有极大的应用潜力。目前，MALDI-TOF在临床微生物检测领域即将得到全面的应用。随着该类型质谱仪在医疗机构和第三方检测机构装机总量的扩大，未来几年我国在临床质谱领域必将得到快速的发展。然而MALDI-TOF在分析复杂生物样本时需要经过复杂的预处理过程，才能获得有效的信息。因此急需发展配套的质谱离子化芯片，预处理试剂和诊断解读软件，以实现临床分析过程的简便性、标准化、可靠性、高灵敏度和高通量。同时，质谱作为一种高价值的平台性仪器，迫切需要不断开发新方法和新技术，将临床质谱应用到多种类疾病的诊断，预后管理及健康跟踪。

汇健科技致力于新型医疗诊断技术的研发，研发医学样本临床质谱试剂盒、激光离子化半导体质谱芯片和基于质谱数据的疾病诊断、分型、跟踪管理软件及数据库服务。利用汇健科技研发的Bio-PSi^TM材料，芯片及试剂盒，可快速获取临床样本中核酸，多肽及代谢物分子指纹谱信息，通过数据库比对，自动挑峰，聚类分析，构建预测模型和算法，最终实现多种疾病的精准判断及分型，为个性化治疗提供指导。

肿瘤代谢组学——后起之秀蕴含巨大潜力

生命活动由众多基因、蛋白质、以及小分子代谢产物来共同承担，而上游的（核酸、蛋白质等）大分子的功能性变化最终会体现于代谢层面，如神经递质的变化、激素调控、受体作用效应、细胞信号释放、能量传递和细胞间通讯等，所以代谢组处于基因调控网络和蛋白质作用网络的下游，所提供的是生物学的终端信息。基因组学和蛋白组学告诉你可能发生什么，而代谢组学则告诉你已经发生了什么。与基因组、转录组学和蛋白组学比较，代谢组学具有以下特点：首先，基因和蛋白表达在功能水平上的微小变化会在代谢物上得到放大，从而使检测更容易；其次，许多基因和蛋白的非功能性变化不会在代谢物上反映出来，从而起到了上游信息向下游传递过程中“噪音过滤”的效果；第三，代谢物的种类要远小于基因和蛋白的数目，物质的分子结构也要简单得多，因而代谢组学所采用的代谢物信息库，远没有全基因组测序及大量表达序列标签的数据库那么复杂。另外，常见代谢产物在各个生物体系（如植物的初级代谢、微生物、动物）中都相似，所以代谢组学研究中采用的平台技术可以在不同的生物体系中得到应用。由此可见，代谢组将是疾病分子表型和功能研究中的一门核心技术。杭州汇健科技创始成员在高通量代谢组研究中取得了一系列的研究成果。利用Nano-Si^TM材料与MALDI-TOF结合，可快速从各类医学样本中获取多肽与代谢指纹谱数据。公司前期已经取得了近200例临床样本，成功地利用统计学算法及人工神经网络构建基于血清肽指纹谱的疾病分类与预测模型。该模型对直肠癌患者，肝癌患者，以及肠癌肝转移患者的识别准确率高达92%以上。目前公司正与国际著名质谱仪厂商协作，研发与MALDI-TOF配套医学样本代谢组高通量数据采集技术，并构建多种常见肿瘤的肽谱与代谢数据库。

目前汇健科技开展的临床质谱服务项目有：

基于肽指纹谱的液体活检

基于肽指纹谱的液体活检技术

多肽组学介于蛋白组学和代谢组学之间，大量的基础研究报道多肽生物标记对肿瘤、内分泌和神经系统疾病诊断有重要意义。汇健科技成功开发的基于Bio-PSi^TM的肽指纹谱的液体活检技术，采用了国际领先的颗粒原位MALDI-TOF分析技术（On-particle DetectionTechnology），大大简化了生物样本预处理和医学样本检测过程，为代谢标志物、基因标志物、肽标志物的发现和检测提供高效率的技术手段。Bio-PSi^TM试剂盒中包含一种结构高度可控的半导体材料。其孔径、厚度与粒径可根据要求进行精确控制，且能够修饰多种表面分子，从而具有了选择性捕获低丰度小分子量蛋白的作用，同时还能减少高峰度和高分子量蛋白的影响和酶的降解作用。此外，半导体材料高效光电转换可促使样本分子的离子化。国际著名学术出版物在线平台Wiley对该项技术进行了专业报道。

利用Bio-pSi^TM材料（商标已注册）与MALDI-TOF结合，在获取医学样本高质量质谱信号的基础上, 建立了多种疾病的血液样本数据库，并成功地利用统计学算法及人工神经网络构建基于血清肽指纹谱的疾病分类与预测模型。该模型对直肠癌患者，肝癌患者，以及肠癌肝转移患者的识别准确率高达96%以上。

基于质谱数据的疾病诊断、分型软件

肿瘤细胞分型

近期，汇健科技研发人员利用MALDI-TOF MS分析5种肝癌细胞的标准化图谱，可对肿瘤组织细胞亚型进行快速鉴别，创造性地提出了比率质谱技术，通过重要质谱峰的比率数据可获得组织表面肿瘤细胞的分布及异质性判断，对亚型细胞的鉴别能力要高于通用的流式细胞仪。这种免标记细胞分型技术将极大地推动对肿瘤疾病的精准诊断。该项工作发表在Nature旗下期刊Scientific Reports,2017,DOI:10.1038/s41598-017-17812-1。肿瘤精准分型技术还可帮助医生进行治疗前抗癌药物的精准筛选，同时可以监测治疗过程对癌细胞产生的药效。该技术不仅能提高治疗效率，实现治疗过程的可监测性，减少对患者的无效治疗，降低医疗成本。

肿瘤精准分型技术

组织成像与病理分析

汇健科技Bio-PSi^TM品牌旗下的Si-Nanowire 代谢谱分析技术可快速获取细胞，组织切片等生物样本中的代谢信息，可迅速通过标志性代谢谱的变化准确判断肿瘤区域与癌旁区域，未来可搭建术中质谱平台，实现精准手术导航。同时，该技术可帮助病理科进行免标记病理分析，该技术相对与免疫组化和FISH技术更为简便快速，同时可区分肿瘤细胞亚型，从而获得更多的病理信息帮助医生达成更为精准的医疗决策。

病理诊断质谱实现肿瘤区域判断和分型

慢病健康管理

汇健科技研发Si-Nanowire 产品还可快速获取汗液，唾液，指纹等生物样本中的代谢信息，其中包括维生素、激素、药物、葡萄糖、脂肪酸、甘油三脂、乳酸、氨基酸、游离肉碱等重要分子信息。汇健科技的第一代Sweat Collector产品，使用者只需将集成了Si-Nanowire贴剂附着于皮肤表面，即可采集汗液中的重要健康信息。揭下贴剂后通过快递寄送到汇健检测中心，并进行后台数据分析，并根据已构建的模型判断健康信息及慢病进程。未来，汇健科技将推动个体化样本采样与集中检测+数据分析和推送服务的现代健康管理模式。