降低成本

p 　　中国首个应用于临床的第三代测序仪投产，有望把一个人的全基因测序成本从1000美元降至100美元，但仍需进一步完善相关技术。 /p p 　　7月31日，南方科技大学生物系80后教授、瀚海基因创始人贺建奎宣布，自主研发的第三代基因测序仪GenoCare正式投产，首笔订单达到700台测序仪。 /p p 　　21世纪经济报道记者独家获悉，该笔订单合同期三年，购买方包括国内外研究机构和医疗机构。目前测序仪已在科研市场应用，但投入临床市场所需的批文还在申报中。 /p p 　　贺建奎表示：“我们使用单分子测序，不需要扩增，并可大幅降低试剂消耗量，同时，所有试剂、仪器都在国内生产、集成和组装，成本因此降低，一个人的全基因组测序价格可降到100美元。” /p p 　 strong 　截至目前，全球自主研发三代测序仪的企业只有三家，另外两家分别是美国Pacific Biosciences和英国Oxford Nanopore Technologies。 /strong /p p 　　过去的十余年里，三代测序主要在科研市场崭露头角，但因错误率高、成本高等原因始终未能进入临床市场，更谈不上产业化。 /p p 　　目前，基因测序市场的主流是二代测序，三代测序的样本量、数据量需要积累，中下游应用开发也刚起步。即便是应用相对广泛的二代测序，在各病种的覆盖率也不算高，三代测序的普及之路更为漫长。 /p p strong 　　研发破壁 估值15亿 /strong /p p 　　瀚海基因已开始在罗湖莲塘工业园建设1万平米的第三代测序仪生产线，建成之后产能将达到每年1000台，产生50亿元价值。 /p p 　　“除团体订单外，我们的测序仪没有公开发售，价格还不能透露，”贺建奎表示，“目前已进入小批量试产阶段，年底生产线建好后可以大批量生产，年终可接受国内外医院、科研机构订单，到明年年初，群众就能用到三代测序服务了。” /p p 　　深圳一名熟悉瀚海基因的投资机构合伙人告诉21世纪经济报道记者：“瀚海基因的技术是吸收后创新。” /p p 　　记者了解，贺建奎在斯坦福大学的导师斯蒂芬· 奎克教授是一位拥有12家公司的企业家，也是世界上首个第三代单分子测序仪Helicos的发明人。资料显示，Helicos公司于2004年创办，并于2012年破产。 /p p 　　也是在2012年，贺建奎完成斯坦福大学博士后研究员的工作，回国入职南方科技大学，成为该校生物系第一位教师。同年，他创办了瀚海基因，启动国产三代测序仪研发。 /p p 　　起初行业内外对这一项目并不看好，瀚海基因前4年也一直没有销售收入，研发遭遇资金危机，两次险些关门倒闭。贺建奎直言：“一开始见了20多位风险投资人，无一例外都被拒绝，理由之一是当时还没有在职教授创业的例子。” /p p 　　另外，测序仪研发难度非常大，国产三代测序仪更是首次尝试。贺建奎指出：“基因测序的样品前处理非常复杂，耗费时间、人力，还需要有后续的生物信息及专业人才。三代测序仪要把这些集成在一起，改变二代测序的半自动场景，测完自动完成生物信息学分析，难度不小。” /p p 　　测序仪研发对人才要求很高，其涉及光学、流体、化学、分子生物学、生物信息学和精密机械等，需要多学科交叉知识和人才。 /p p 　　即便到了今天，瀚海对人才的渴求依旧跃然纸上。记者获悉，与生产线同时启动的是瀚海研究院计划，预计未来5年引入至少50名遗传解读分析专家以及50名医学专家(包括生殖、肿瘤、传染病等各学科)。 /p p 　　2015年，瀚海基因终于拿到第一笔大额融资——南京中正科技投资1700万元，同年，瀚海基因发布了GenoCare原理样机。此后，公司身价一路水涨船高，目前共获得5轮、2亿元风险投资，测序仪虽未真正走向市场，但估值已达15亿元。 /p p 　　深圳一名中小企业投资机构负责人告诉21世纪经济报道记者：“去年11月我们去看的时候，估值已经10亿元了，项目还很早期，对我们来说太贵，投不起。” /p p 　　 strong 产业化起步 大幅降低成本 /strong /p p 　　采访过程中，贺建奎多次提到，降低临床基因测序成本，这也是二代测序仪的发力方向。 /p p 　　原中国科学院北京基因组研究所副所长于军指出：“第一代测序仪测一个人的基因组测序接近30亿美元，第二代降到1000美元，第三代使用单分子测序，不需要扩增，价格有望降到100美元。”业内将其称为摩尔定律，以说明价格急剧下降趋势。 /p p 　　翻看基因测序成长史，第一代测序技术主要基于Sanger双脱氧终止法的测序原理，结合荧光标记和毛细管阵列电泳技术来实现测序自动化，基本方法是链终止或降解法，人类基因组计划就是基于一代测序技术。 /p p 　　第二代测序技术设备供应商主要是Illumina，业内普遍认为，其市场占有率达到70%。今年年初，Illumina公司宣布推出NovaSeq系列测序仪，据称，其简捷操作、低成本及灵活性有望将基因组测序成本降至100美元。 /p p 　　根据Illumina2017年第一季度财报，Illumina共收到135个NovaSeq测序仪订单。不过，中国科学院院士陈润生指出：“NovaSeq系列测序仪的使用窗口目前没有开放。” /p p 　　国内基因企业也在通过技术合作、收购等方式破壁测序仪国产化。如Illumina和贝瑞和康、安诺优达开发了一款适用于无创产前检测的二代测序仪NextSeq CN500和NextSeq 550AR，并已获得CFDA批准。 /p p 　　华大基因通过收购的方式布局，先后推出三款国产二代测序仪。华大基因CEO尹烨此前向21世纪经济报道记者透露：“算上临床机构、科研机构和友商，国内应该已经超过两百多台我们的测序仪在‘服役’了。” /p p 　　第三代测序技术原理最早发表于2003年，后来，Pacific Biosciences和Oxford Nanopore相继入局，Pacific Biosciences于2015年10月推出小型单分子测序仪Sequel。一名基因测序公司技术总监告诉记者：“中国市场目前唯一的三代测序仪就是这家公司提供，也是针对科研市场。” /p p 　　英美测序仪的研发起步虽早，但进展一直缓慢，临床应用更谈不上。瀚海基因化学部副总监赵陆洋告诉21世纪经济报道记者：“三代测序仪很受科研市场欢迎，因其提供了RNA直接测序的可能性，这是二代测序做不到的。” /p p 　　上述投资机构合伙人表示：“科研型测序仪对易用性、可靠性要求低一些，对可调节因素要求高一些，也不需要申请注册证。相比之下，临床市场的门槛高很多，空间也比较大。” /p p 　　虽然瀚海基因对自己的测序仪信心满满，但在评价一款基因测序仪的三大核心指标：通量、读长、准确度方面，瀚海基因却三缄其口。 /p p 　　据贺建奎介绍，GenoCare第三代基因测序仪的核心技术为单分子荧光测序，此项技术使用全内反射荧光成像方法，能够检测单个荧光分子，无需PCR扩增。 /p p 　　资料显示，二代基因测序技术在上机测序前需要对样本进行PCR扩增，可以在试管里、在很短的时间内，将待测基因扩增50万倍乃至上百万倍，这能提高基因诊断的灵敏度，但带来问题是实验要求比较高，成本也居高不下。 /p p 　　同时，贺建奎团队联合中美两国科学家协作使用Genocare对大肠杆菌测序。数据结果显示，Genocare与测序行业龙头Illumina生产的MiSeq二代基因测序仪的一致性达到99.7%。 /p p 　　“预计明年年初会公开发售价格。临床实验也已经启动了，在走试验、申报流程。其他领域如科研市场不需要医疗器械证就可以使用，这些领域已经有我们的测序仪在应用了。”贺建奎说。 /p p 　　 strong 应用存短板核心部件依赖进口 /strong /p p 　　研发出三代测序仪后，瀚海基因一面要推动大批量生产，一面要开拓中下游。 /p p 　　目前，基因测序已形成了明确的产业链分工：上游为设备和耗材供应商 中游为第三方测序服务供应商，需依赖设备投入、运营管理与终端维护开发 下游为生物信息分析服务商。 /p p 　　贺建奎阐述了瀚海基因的商业模式：“中游的应用开发比如肿瘤基因检测、遗传基因检测、传染病检测，通过合作伙伴来完成。希望越来越多的测序服务公司和相关的机构在我们测序仪上开发各类疾病检测，形成生态圈，并且通过他们或者其他人把测序仪销售到医院。” /p p strong 　　上下游企业的互相“成全”，也是Illumina和华大基因成长的路子。 /strong /p p 　　前述投资机构合伙人指出：“华大基因向Illumina购买了100多台测序仪才成为第一，华大基因也通过这些测序仪开发出了很多服务。测序仪未来的销售量如何，可能要依靠整个行业，包括合作伙伴、临床以及科研机构有没有充分地把临床意义和科研意义发挥出来。” /p p 　　记者在瀚海基因测序仪上市发布现场注意到，华大基因、北科生物、从事体外诊断的安图生物等都有相关负责人到场，这些都是瀚海的潜在合作伙伴。 /p p 　　不过，是否牵手瀚海基因还需要考量。一家生物技术公司产品部负责人告诉21世纪经济报道记者：“瀚海的测序仪一次只能测一个人的全基因组，Illumina的人数会多一点。另外，现在体外诊断主要还是对已知疾病的检测，瀚海基因主要是早期筛查，这虽然是趋势，但目前市场有限，二代测序也很早就在做了，样本和数据更多。” /p p strong 　　而更多的挑战还是来自老问题：错误率高。 /strong /p p 　　兴证医药研报指出，第三代基因测序单读长错误率依然偏高，在15%-40%，二代测序的错误率低于1%。前述中小企业投资机构负责人告诉记者：“单分子测序不需要切断DNA和RNA序列，看重对碱基对一下子读下去能读多长，而影响读长的一个是机器，一个是生物合成酶。” /p p 　　广发证券也指出，单分子测序可收集到的信号非常弱，这对光电元件提出很高要求，虽然目前部分仪器已经实现商业化，但离理想状态还有较大距离。另外，还有测序通量不高、插入缺失错误等不足之处，这都影响了三代测序的推广。 /p p 　　值得一提的是，与其他国产测序仪一样，瀚海基因测序仪核心零部件依旧需要进口，例如光学系统中的部分核心器件来自日本、德国，测序芯片和微流控系统需来自新加坡、美国。 /p p & nbsp /p

简介总有机碳（TOC）和电导率是水质的关键属性，但手动检测这两项参数需耗时几个小时。费时的检测步骤包括检测样品、记录数据、等待复查，以及批准书面的或电子实验室数据管理系统中的记录数据。美国一家全球性的生物技术公司积极寻求能够同时检测TOC和电导率的平台，以提高效率、精简流程，并能将检测结果导出到实验室数据管理系统中。解决方案为了提高效率、降低成本，该公司评估了Sievers 分析仪生产的Sievers M9实验室型分析仪，该仪器可同步检测来自单一容器【双用途电导率和TOC样品瓶（DUCT样品瓶）】中的TOC和美国药典USP/中国药典ChP的第1阶段电导率。M9分析仪还具有样品分析时间更短、样品用量更少、能够整合实验室数据管理系统等优点。该全球性生物技术公司所采用的方法确认，是通过解释USP “药典方法验证”。公司评估了检测的三个方面，前两个方面是TOC和USP第1阶段电导率检测方法的适用性确认，此为USP 的直接要求。检测的第三个方面是验证新的Sievers DUCT取样容器的适用性，并评估容器的样品保留时间，以支持内部运行程序。在此不讨论上述检测，因为Sievers分析仪已单独进行了测试，支持DUCT样品瓶中的TOC和电导率样品的5天样品保留时间。该公司用Sievers M9实验室型分析仪进行了电导率的方法转移，并清楚证明了该方法是准确的、精确的、线性的。请参见表1中的数据。表1：电导率方法转移结果摘要分析性能特点结果运行1运行2运行3准确度（%）959591精确度（%RSD）115线性度（R2）0.99990.99990.9995套装TOC分析方法已经在当前的TOC分析仪上验证过，其使用的是相当的分析技术。因此，公司选择在Sievers新的M9实验室分析仪，与过去的900 TOC分析仪上，同时运行来自同一批次的系统适用性标准品套装。由于样品瓶类型的变化，该公司还运行了Sievers DUCT样品瓶中配制的系统适用性套装，以证明容器的可比性。所有三组系统适用性套装都满足使用Sievers M9实验室型分析仪时的85-115%合格标准。响应效率百分比表明了同时使用Sievers M9实验室型分析仪和DUCT样品瓶的适用性和可接受性。请参见图1中的数据。图1：TOC方法转换结果Sievers M9实验室型分析仪除了具有合格的分析性能，还同实验室数据管理系统相兼容，同时分析TOC和电导率。这种以电子文件格式导出TOC和USP第1阶段电导率结果的功能，去除了人工抄录数据的错误，节省了分析时间。在此例中，该公司能够将系统配置为自动填充多样品结果。结果一旦合格，实验室数据管理系统就将其录下，以待复查和批准，因此从取样到结果复查的整个工作过程完全变得无纸化。该公司估计，每天可节省约4个小时。结果经计算，该公司实现的投资回报率、投资回收期、净现值分别为：5年400%投资回报率，7个月投资回收期，约40万美元5年净现值。投资回报率的最明显的地方是，尽管整合Sievers DUCT样品瓶时增加了耗材成本，但样品数量的减少使公司大大节省了总成本。表2：样品成本摘要成本类型（每个样品）当前未来电导率耗材$2.58$15.70TOC耗材$4.83不适用总耗材成本$7.41$15.70劳动力成本（减少5分钟）$8.17$2.33维护1$0.44$0.88总成本$16.01$18.911请注意，同时进行TOC和USP第1阶段电导率检测使此数字翻倍。表3：1年数据摘要成本因素当前未来资金成本不适用$ (99,710)可变成本1$ (271,454)$ (163,234)预计节省人力不适用$72,800总成本$ (271,454)$ (190,144)总节省的成本$81,310投资回收期7个月1反映人力、维护、材料成本。上述投资回报率出自分析仪同实验室数据管理系统相整合。如果继续用手动操作而非数据管理系统，投资回收期将增加到11个月，但仍在1年以内。此例很好地证明了，使用Sievers M9实验室型分析仪来同时检测TOC和USP第1阶段电导率可以为企业节省大量时间和费用。此方法减少了实验室中检测样品的需求量，大大降低了成本，使企业能够将节省下来的资源用于其它生产和创新的地方。◆ ◆ ◆联系我们，了解更多！

由于复杂性提高及成本限制，越来越多的药品生产商为其系统和工艺配备自动化。例如，如果由于设备配置、产品或清洗剂的应用，需要复杂的清洗程序，则要求相对耐用的自动系统，以确保完全去除潜在的污染。就地清洗（Clean-in-place，CIP）和离线清洗（Clean-out-place，COP）系统比手动清洗，显示出更高的可靠性和一致性，并为减少人为错误提供保证。虽然CIP系统自动化将导致资金成本的提高，但运行成本可显著下降。除了日常系统功能，诸如为玻璃清洗机上样或从控制点启动系统运行，CIP系统可应用到工艺流程中的某些点，消除手动操作行为的风险。本文提供通用指导，如何使用Sievers® M500在线TOC分析仪，监控经过自动CIP工艺的最后注射用水（WFI）或纯化水（PW）步骤。带有iOS的M500在线TOC分析仪自动CIP工艺概述一般来说，制药工艺设备、管道、接头、玻璃器皿和备件的所有自动清洗顺序遵循的工艺流程，从最后的漂洗步骤抽取样品，并按照经验证的分析方法进行分析。该步骤通常包括TOC、电导率和pH。如果它们也需要通过公司的正规验证过程的话，则其他试验，如细菌内毒素或微生物限度，也会需要。在最后漂洗步骤之后，应对设备进行有记录的目视观察以确保设备是清洁的。从低成本且高效可靠的工艺设备清洗，到提高产品质量，CIP技术对于生产设备具有显著的优势。CIP系统可包括当前循环和再循环步骤，以便降低运行和废水成本1。纯化水预漂洗和排放纯化水预漂洗和排放是生物或活性制药成分（API）生产设备自动清洗工艺的第一步骤。第一步骤主要去除设备表面上存在的大量污染物或痕量物质。当与设备表面接触之后，通常将漂洗溶液送到排放口，而不是再循环，以防止CIP系统的污染。鉴于此阶段的目的是去除设备表面的大量残留和任何痕量物质，在这个阶段，取样测定TOC、pH或电导率，没有价值。纯化水清洗剂的清洗和排放这个步骤，使用酸性或碱性清洗剂清洗工艺设备。此清洗步骤用于去除此前纯化水（PW）预漂洗时没有清除的物质。此步骤可能在工艺设备表面和相关管道遗留痕量的清洗剂残留。在工艺过程的这一点，如果存在清洗剂，电导率将急剧上升。然后通过停止CIP装置的供应，并让待清洗设备达到合适的操作规格，再次冲洗，然后排放。此步骤再循环，也并不少见。纯化水后漂洗和排放清洗剂清洗之后，使用PW来漂洗设备表面，去除清洗剂的痕量残留以及任何潜在的残留产品或物质。漂洗溶液通常送到排水口，而不进行再循环，以防止CIP系统的污染。PW漂洗液冲洗系统和设备之后，TOC和电导率水平应较低。还是很少在本步骤之后测量TOC、PH或电导率，因为预计PW或WFI仍然含有残留的清洗剂和其他残留产品。注射用水漂洗、再循环、测量和排放末段的WFI漂洗，包括泵送WFI到CIP漂洗罐及相关管道，然后到达设备末端。如果可行，该溶液通常进行再循环以监控电导率和TOC水平。此工序的最后WFI步骤彻底漂洗用于生产环节的相关管道和设备。此步骤最适合监控TOC和电导率，二者都可以通过Sievers M500在线TOC分析仪进行测量。任何痕量的清洗剂残留将通过该分析仪的TOC和电导率测量进行指示。为了释放设备用于以后的工艺过程，必须符合所有的验证运行参数，而且TOC和电导率结果必须在公司规定的容许值或合格标准［即TOCPAT应用：用于清洁验证2的在线TOC分析为减少与清洁验证相关的停机时间，应用过程分析技术（Process Analytical Technology，PAT）3，各公司将Sievers M500在线TOC分析仪放置在CIP回流管道，监控清洗过程的最后步骤，以确保系统的清洁，并且实时放行设备。如何应用Sievers M500在线TOC分析仪获得高质量水平及成本节约？与其他清洁或冲洗周期相比，通常WFI漂洗循环非常快速，只持续很短的时间，取决于某些运行参数。同时，某些末段的漂洗循环连续地排放，直到达到一定水平的电导率或体积，因此急剧增大WFI水生产和废水处理的成本。这些局限促使各公司在验证的时段内对其末段WFI漂洗进行再循环，使得TOC分析仪可进行取样，并向PLC/SCADA系统反馈数据。大多数CIP系统配有CIP供液和回流泵，只需要最小水量在整个系统提供正吸，从而为再循环和准备进行的适当分析（例如TOC、电导率、流量、pH、温度）提供机会。自动化是在线TOC分析的另一要素。在制药行业有众所周知的案例，在其中可自定义PLC或SCADA控制命令，可从几分钟到几个小时在任何位置保持再循环。有时药品制造厂商利用自动化水平连续地再循环，并在获得一定水平的电导率、pH或流量后进行保持，以便让仪器进行适当的取样。一旦样品分析后，即可确认再循环步骤，及完成以后的步骤。更高的自动化已经内置在Sievers M500的设计中，并让仪器与PLC或SCADA系统进行通讯。当WFI回流到CIP平台进行TOC和电导率测量时，TOC分析仪开始分析。图1. 安装于在线清洗验证工艺过程中的Sievers M500在线TOC分析仪Sievers M500分析仪置于待机模式，直到最后的WFI步骤，这时被激活以监控水的状态。在监测过程中，TOC分析仪继续与PLC或SCADA系统通讯，提供实时结果。在这一点上，TOC和电导率分析在整个漂洗步骤中一直进行，直到系统排水前的适当时间。一旦进行测量而且TOC、电导率、流量或时间参数符合漂洗循环的要求，PLC或SCADA系统然后指示TOC分析仪返回待机模式。当符合验证的合格标准后，设备可释放，并在设备的使用记录中正确记载。现在设备已经清洗并且核准使用，消除了样品污染的机会以及由于“等待实验室结果”状态造成的设备停机。鼓励对清洗过程、清洗剂和合格限值全面了解，以确保不会出现由再循环步骤导致的产品或清洗剂残留。4并非所有的在线TOC分析仪均相同虽然清洁验证从实验室TOC分析转到在线TOC分析的概念不是全新的，但直到不久前，实际用于实施该变化的可用TOC方法都特别难于实施而且很少成功。即使某些TOC分析仪指示可直接测量TOC并通过了系统适用性5，但这些声明与当前的实验室TOC方法并没有关联性。此外，直接电导率或差示直接电导率TOC方法，当溶液电导率高时（如含氢氧化钠、清洗剂、氯仿等），容易受到干扰。由于专利的Sievers膜电导技术，Sievers M500的在线TOC方法与清洁验证中当前使用的实验室方法一样好用、可靠和准确。参考文献就地清洗（CIP）指南，A Guide to Clean In Place (CIP).。 由A & B Process Systems提供的白皮书。www.abprocess.com。在Sievers清洁验证支持包中提供在线TOC清洁验证文件。关于此工艺的更多信息可访问www.sieversinstruments.com—行业—制药—清洁验证。FDA，工业PAT指南 — 创新制药开发、制造和质量保证的框架，Guidance for Industry PAT—A Framework for Innovative Pharmaceutical Development, Manufacturing, and Quality Assurance。LeBlanc, Destin. 单独使用漂洗样品的更多内容：清洁验证技术，清洗备忘录（2006年4月），More on Using Rinse Sampling Alone: Cleaning Validation Technologies, Cleaning Memo. (2006, April)。Godec, Richard. 在线TOC性能的科学比较（2006年1月），Science-Based On-Line TOC Performance Comparison. (2006, January)。◆ ◆ ◆联系我们，了解更多！