“草堆里找针”XNA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。 」
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。

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间，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%）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。
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。
「我们闭关的那段时间里，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。
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。
「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，希望能用他们的技术造福国民。