国产流式荧光突破技术壁垒，高通量多联检发展趋势可期——唯公科技创始人李为公博士
“未来，科研用户依旧是在追求多光多色的光学流式，而临床用户则更注重解决临床检验的自动化设备（例如全自动流式细胞分析仪，全自动高通量流式荧光分析仪等），以及更多的配套试剂，覆盖更多的疾病检测。”——李为公博士 深圳唯公科技创始人流式细胞术（Flow Cytometry, FCM）是20世纪70年代发展起来的一项利用流式细胞仪完成的细胞分析新技术。目前已普遍应用于免疫学、血液学、肿瘤学、细胞生物学、细胞遗传学、生物化学等各领域的的基础和临床研究。国产流式细胞仪最早研制于20世纪80年代初，由于受到当时科技水平和国内生产力的限制，并没有商业化产品问世。直至2010年左右，国产流式细胞仪厂商开始如雨后春笋般的成立。并随着技术的积累和发展，国产流式细胞仪不仅从性能上能够与进口仪器比肩，还契合国内市场需求，有着自身的特色和优势。与此同时，国产流式配套试剂的发展也呈现一片火热的局面。为帮助广大实验室用户及时了解国产流式细胞仪前沿技术进展、创新产品与解决方案，仪器信息网特邀唯公科技创始人李为公博士就国产流式、流式荧光技术的研发进展、应用与市场分析展开分享。 本期嘉宾：李为公博士 深圳唯公科技创始人李为公博士在创立唯公科技（唯公）之前，曾在贝克曼库尔特从事多年研发和研发管理，曾任迈瑞体外诊断事业部副总经理，迈瑞北京研究院总经理。曾参与和主持过多款贝克曼库尔特、迈瑞的高端血细胞分析仪、流式细胞分析仪的研发；曾主持和参与过国家863、国家重大专项等课题、流式细胞仪行标（YY/T 0588-2017）的制定，对流式细胞分析仪的发展和未来趋势有着独到的见解。仪器信息网：基于您深耕流式多年的经验，请谈谈流式技术的进展和未来的发展趋势。李为公：从流式分析的对象来分类，我把流式分为：（1）传统流式，主要分析样本中细胞或颗粒的相关信息；（2）流式荧光，主要分析样本中的可溶性物质，如蛋白、抗原、抗体，和细胞相比这类物质没有明显的颗粒特征。如果从原理上讲，又可以分为光学流式和非光学流式。我简单地介绍一下传统流式和流式荧光的发展，会更容易说明两个流式分支的技术特点。（A）传统流式细胞仪的发展[1]20世纪60年代初，很多科学家开始尝试利用细胞染色和显微镜图像扫描技术进行白细胞分类，不过研究过程异常复杂和艰难。在IBM工作的Louis Kamentsky突破了传统的显微镜方法，搭建了一台流式细胞仪原理样机用于白细胞分类研究，同时这台流式细胞仪采用显微分光光度技术代替了原始的图像扫描，采用样本液流动传送装置取代了传统的显微镜平台，使得过去费时、复杂的细胞分类工作变得简单、高效。1970年Kamentsky在其创建的Bio/Physics Systems推出了最早期的流式细胞仪Cytograf和Cytofluorograf。1972年在斯坦福大学工作的Herzenberg研发出另一台更接近现代流式的FACS后，又与碧迪（Becton-Dickinson，BD）合作，于1974年推出了BD的第一款商用流式细胞仪FACS-1。同期，Fulwyler在加盟Coulter公司后，与Robert Auer一起，带领Coulter公司团队（后来Coulter公司跟Beckman公司合并，成为Beckman Coulter，贝克曼-库尔特）也在1975年推出了自己的第一款商用流式细胞仪TPS-1。流式细胞仪最初上市的一些年, 主要还是用于细胞内物质（胞内酶活性、胞内钙离子浓度、胞内DNA等）含量测定。随着单克隆抗体制备技术的广泛应用, 越来越多的血细胞分化决定簇(Cluster of Differentiation, CD)被发现。在研究这些CD在细胞分化和调控机制中的作用时, 流式细胞仪起到了重要的作用, 从而促成了相关科研成果向医学领域的快速转化。随着各项技术的发展，在高端科研需求的驱动下，流式细胞仪经历了从单激光单色到多激光多色，从分析到分选，从相对比例到绝对计数的发展。为满足科研同时研究细胞更多指标的需求，光谱流式、质谱流式也应运而生。在2010年前，整个流式细胞仪的发展一直被高端科研“高大上”需求推动着，并没有重视临床检验用户的体验。对于临床检验项目，其需求和高端科研相比，较为固化，例如常见的淋巴亚群分型、精细化分型，HLA-B27，精子功能等检测都是一些较为确定的流式分析检测应用，大部分检测双光六色的仪器配置就能满足要求，而且不需要频繁调整仪器的设置。我在迈瑞时，针对临床客户的需求，带领团队，推出了第一台临床流式细胞分析仪。稍微复杂一些的白血病分型，三光十色左右的流式细胞仪就能满足。由于国内临床检验科室的人力不足，被高端科研机型忽视的样本制备自动化、分析自动化成了限制流式细胞仪临床应用的一个短板。总体来说，传统流式细胞仪是一种用于细胞或颗粒研究的仪器，而对于体积远远小于细胞的各种抗体、抗原、蛋白等的检测，特别是对体液免疫类相关的检测分析而言，传统流式分析技术似乎无能为力。（B）流式荧光（液相芯片）的发展在免疫诊断领域，ELISA及化学发光是免疫诊断最重要的技术手段，其原理是利用固体或微球为载体，通过抗原抗体反应原理（例如双抗体夹心法），捕获待测物中的免疫类特征指标。化学发光因其原理的限制，每个反应仅能检测单一指标，对于同一样本的多指标检测，则需要进行多个反应，重复的测试。对于大规模的多指标检测，往往需要多台检测设备甚至需要流水线才能完成。1980年代，科学家们以微球为载体，实现了和ELISA及化学发光相同的双抗体夹心法的流式检测技术（流式荧光，液相芯片）。通过进一步对微球进行编码（例如，微球的大小、微球中包埋的荧光强度等），突破了在流式平台上仅能对细胞/颗粒分析的局限，实现了蛋白检测。特别是在结合了编码微球技术之后，展现了流式荧光多重联检的潜力。美国公司Luminex是全球最早拥有磁性荧光编码微球技术的公司。1990年代Luminex编码微球开始被许多的科学家关注，不少科研文章陆续发表在一些知名的杂志上，得到了科研领域的认可。2005年，全球科技产业行业研究的权威机构 Frost&Sullivan授予Luminex编码微球技术“2005年度国际临床诊断技术革新大奖 ”,标志着流式荧光技术在临床诊断技术领域应用得到了权威性认可。Luminex是最早提供商业化磁性荧光编码微球的公司。他们采用了一套特有的荧光素组合来编码微球，而这套荧光素无法完全被主流的流式分析仪上识别。通过知识产权保护，其封闭的编码微球组合和独特的检测平台垄断了流式荧光市场。由于其的商业策略，Luminex自己并不开发相关的检测试剂，而是通过收取合作伙伴的专利授权费，合作伙伴从其采购其磁性编码微球和检测仪器平台，进行试剂开发和应用推广。相对高昂的仪器成本和微球价格限制了流式荧光技术在国内外的推广及应用。从1990年代起，国内陆续有编码微球相关的专利和优秀文章发表，但一直未见国产编码微球商业化。直到近年唯公突破了Luminex技术壁垒，成为国内第一家（全球第二家）拥有自主知识产权并实现了磁性荧光编码微球商业化的公司。在编码微球荧光素的选择上，唯公对自己提出了3个核心要求：（1）编码微球必须具有磁性，磁分离会大幅简化样本制备流程，也可以使得流式荧光检测自动化更容易实现；（2）荧光通道必须要兼容主流流式的荧光配置（例如碧迪、贝克曼库尔特等），现有的流式用户都可以成为流式荧光试剂的潜在用户，可以降低用户使用流式荧光试剂的门槛，无需额外采购其他专用设备；（3）编码微球要清晰可分，必须可以在唯公的设备上实现的自动分析，保证后续流式荧光检测的全流程自动化。关于唯公的磁性编码微球特点，我会在唯公产品介绍中详细阐述。未来，科研用户依旧是在追求多光多色的光学流式，而临床用户则更注重解决临床检验的自动化设备（例如全自动流式细胞分析仪，全自动高通量流式荧光分析仪等），以及更多的配套试剂，覆盖更多的疾病检测。仪器信息网：请评价下光谱流式、质谱流式、成像流式、流式荧光技术等不同流式技术检测应用方法的特点和优劣势？李为公：质谱流式。由于受荧光素的限制，现有荧光素光谱间的“泄露”限制了多光多色流式中“色”的数量，而多光多色的“荧光补偿”一直是用户头痛和难以理解的流式应用门槛。质谱流式将质谱中对金属同位素检测的原理应用到了细胞检测领域，通过金属同位素来标记抗体，代替了抗体试剂上偶联的荧光素，完全避免了荧光染料间的“泄露”，可同时检测的金属同位素数量远超了光学流式的水平，是一款细胞研究的利器。质谱流式虽然仍以细胞研究为目标，但其已不再是传统意义的光学流式，因而它的局限性在于目前用于光学流式中的抗体试剂均不适合质谱流式体系，其在临床检验中的应用还需要若干年的积累。另外，基于质谱原理对金属同位素进行检测的速度目前还远达不到光学流式每秒上万个细胞的检测能力，其检测速度较光学流式还有待于提升。光学流式荧光谱和质谱流式谱比对成像流式：仍然属于光学流式，除了光学流式的荧光信息外，还增加了细胞图像信息。由于原理的限制，成像流式获取到的高速流动的细胞图像像素相对较低，为用户提供的图像信息还无法和静态高倍显微镜下获得的细胞形态相比。而用户经过多年的学习积累，对显微镜下细胞形态的认识都非常深刻。因此对于成像流式而言，一方面需要提升成像流式图像的清晰度，另一方面，还需要一个漫长的教育和认识过程，用户才能真正地用好成像流式中的细胞图像信息。成像流式原理和细胞成像图光谱流式：是一种光学流式，结合光谱仪的原理代替了传统光学流式中的二色镜、滤光片等光学器部件，经过棱镜/光栅分光，通过多个检测器对全光谱进行检测。结合已知荧光素的光谱特征，对检测到的全光谱进行反向解析。该方法突破了现有荧光素选择的限制，使多光多色流式中的“色”的数量大增。同时，光谱流式兼容现有传统流式试剂，让许多用户更自然地延续使用已经积累下来的经验和建立的内部体系。从未来的发展来说，它的潜力取决于细胞分型所需要检测的抗原/抗体数量需求，因为目前常用较为复杂的白血病分型也只需要十几种抗原/抗体，并不能充分发挥光谱流式的潜力，因而从某种意义上说，光谱流式在细胞科研中的前景要大于在临床检测中的应用。理论上讲，不同厂家的荧光素光谱会有一定的差异，对于不同试剂厂家的荧光素组合时，需要通过仪器确认荧光光谱的差异。光谱流式原理图流式荧光：仍然是一种光学流式，是荧光编码微球和光学流式相结合的一种新兴技术，但其检测/分析的对象不再是细胞/颗粒。其核心技术是荧光编码微球，特别是磁性编码微球，是流式荧光自动化的优选方案。在临床检验的应用中，它以微球为载体，检测对象是体液中游离的蛋白、抗原、抗体，类似我们熟悉的化学发光。通过结合多重编码微球，流式荧光已经在检测通量上展现了独有的优势，可以在同一反应中不同的编码微球上包被/吸附不同的抗体/抗原，捕获液体样本中游离的抗原/抗体，在一次检测中分析出几十个，甚至上百个检测指标。流式荧光原理图（此处省略磁分离洗涤过程）流式荧光的原理和传统的化学发光法几乎相同，也都是液相反应，其灵敏度、准确性、线性范围、重复性都可以达到化学发光的水平（例如，唯公的细胞因子联检试剂已达到了pg/mL的水平），而通量则远远高于化学发光，联检的项目越多，其优势就越明显。一台流式荧光的单机可以达到多台化学发光通量，还可以节省临床检验科室的大量实验室空间，降低实验室的空间成本。流式荧光检测的挑战主要在于多联检试剂开发，解决多重待测物间的相互干扰。流式荧光、化学发光优劣势比对仪器信息网：唯公目前主推的流式产品是什么？请您谈谈该产品的技术特点，与同类型进口品牌相比核心竞争优势如何？李为公：唯公聚焦在自动化智能化流式细胞仪、流式配套抗体试剂、全自动流式荧光（液相芯片）分析仪、多重磁性编码微球（液相芯片）等。在流式细胞仪领域，唯公的重点在解决临床检验自动化的痛点，提高传统流式在临床应用的自动化，降低检验人员使用流式的门槛。在流式荧光分析技术领域，唯公研发了真正意义上的国产第一台全自动流式荧光分析仪，推动了国内多联检自动化检测的发展；在多重磁性荧光编码微球方面，突破了Luminex磁性编码微球的技术壁垒，实现了传统流式均可检测流式荧光联检试剂。唯公是在打造的开放平台，让合作伙伴不在受限于Luminex的封闭系统，势必掀起流式荧光新应用领域的热潮。2018年，唯公完成了羧基表面活性基团的磁性7和12荧光编码的微球的量产，基于其自己的12编码微球的12重细胞因子联检试剂也于2020年上市销售。2021年，将其羧基表面活性基团的磁性荧光编码的微球提升到了30重，并开始了多重自身免疫抗体及过敏原联检试剂的开发。2022年，唯公再次将编码微球的数量提升到了50重。2023年唯公将4套用于不同试剂研发的编码微球表面活性基团的种类从单一的羧基扩展到了羧基（亲水，疏水），环氧基、甲苯磺酰基，氨基、链霉亲和素等，并已在科研试剂平台“喀斯玛商城”开设了旗舰店，公开对科研客户销售，支持不同科研的需求。所有唯公的编码微球均可在唯公的设备上实现自动分析，不再需要用户去理解和掌握那些繁琐又深奥的“阈值”、“增益”、“圈门”、“荧光补偿”等流式术语和概念，让流式荧光检测变得和常规的生化、血球、化学发光检测一样简单，“样本进，结果出”！唯公EasyMagPlex 7/12/30/50编码图与同类型进口品牌相比，唯公有下列核心优势：第一：在传统流式领域，唯公有自主研发的流式细胞分析仪（EasyCell），在流式使用方面更贴近临床客户的使用习惯，通过配套的标准微球，自动校准仪器设置，简化了流式分析中繁琐的仪器设置步骤，让临床客户使用更简单，更有质量保证。第二：在传统流式领域，为满足国内临床客户的需求，唯公是国内第一家提供全自动流式样本制备仪（EasySampler）的公司，是全球第一家把全自动流式样本制备仪和流式分析仪结合，实现了流式分析的全流程自动化（EasyCell Auto），从全血进样，自动血样混匀、穿刺取血、加抗孵育、自动检测、自动分析、自动LIS传输，全程无需人工干预，将操作人员从单调乏味的重复性工作中解放出来。唯公的流式分析仪 EasyCell、流式样本制备仪 EasySampler、全自动流式分析仪 EasyCellAuto第三：在流式荧光领域，唯公完全拥有自主知识产权的磁性编码微球，及配套试剂（例如唯公已经获证的多联检细胞因子试剂）不仅可用于唯公的流式设备，而且兼容其他主流公司的流式细胞仪，降低了流式荧光试剂的使用门槛和成本。第四：在流式荧光领域，为解决细胞因子检测样本制备时间长、操作流式复杂的痛点，唯公配套了全自动细胞因子样本制备仪（EasySampler C），大大提高了检验人员的工作效率，得到了市场的一致好评。该设备还也可扩展至其他唯公的流式荧光试剂，例如自身免疫抗体检测试剂、过敏原检测试剂等。唯公细胞因子样本制备仪 EasySampler C、全自动流式荧光分析仪 EasyPlex2022年，基于唯公的编码微球和流式细胞仪，我们集成了唯公的全自动流式荧光分析仪（EasyPlex），并于2022年获得注册证。对于样本量较大的用户，唯公的流式荧光分析仪（EasyPlex）提供了全自动样本制备和检测，全程无需专人值守。唯公的设备对基于唯公微球的试剂，可以自动识别微球团族，自动建立标准曲线，自动分析，全程无需人工介入，实现了“样本进，结果出”。检测试剂在具有混匀和制冷功能的试剂盘中可以长期放置，试剂反应在温控的环境中进行，与人工样本制备相比，避免了环境和手法造成的检测结果误差。以22重细胞因子联检试剂为例，其检测通量可以达到2,200指标/小时，达到了国际领先水平。仪器信息网：请介绍唯公流式产品研发历程中里程碑事件。李为公：唯公科技2016年成立之后便获得了天使轮投资，随后研发中心和生产中心分别落地北京昌平和深圳坪山；北京研发中心于2018年先后完成了流式细胞仪（EasyCell）的原理样机和流式细胞仪配套的抗体试剂研发，自主研发的12重磁性荧光编码微球（EasyMagPlex）也投入量产；2020年，自主研发的12重细胞因子联检试剂，流式细胞仪（EasyCell）获证；2021年全自动流式样本制备仪（EasySampler，EasySampler C）获证；2022年，全自动临床流式细胞仪（EasyCell Auto）和全自动流式荧光分析仪（EasyPlex）获证；2023年自主研发的50重磁性编码微球量产，并把常规的微球表面基团从羧基扩展到了多种其他基团，更利于不同试剂种类的开发。唯公从创立之初一步一个脚印，不断壮大，成为国产流式的引领者，流式荧光的推动者。同时，唯公的技术也得到了众多专家的认可，获得了多项荣誉。唯公发展历程仪器信息网：唯公流式相关产品主要应用哪些领域的哪些实验环节？满足了哪些用户的痛点需求？李为公：传统流式细胞仪的应用非常广泛，从流式细胞仪问世以来到现在，几乎应用到了对各种组织来源的细胞及细胞亚结构的检测，包括各种细胞的细胞膜上各种抗原、细胞质及细胞核中各种蛋白分子的相对和绝对定量分析，细胞中染色体、DNA、RNA 的定量、倍体分析等，可完成从细胞的某一种到多种生物学特性及功能的同时分析已经被广泛地应用到医学研究（如，免疫学、血液学、肿瘤学、药理学等），生物学研究（如，遗传学、植物学、生殖学、微生物学、细胞生物学、毒理学、分子生物学等），环境生态学研究（如，湖泊、海洋生态学等），制药工业学研究（如药物筛选，疫苗研究等），农业畜牧业研究（如，选种，育种等），以及食品安全等研究，是生物学和医学研究、药物开发、临床检测和环境监测的必备仪器。随着流式细胞仪的进步和普及，已经深入走进了医学临床应用领域，对于人体细胞免疫功能的评估以及各种血液病及肿瘤的诊断和治疗有重要作用，其在艾滋病、白血病以及肿瘤等疾病的诊断、病情监测、预后判断以及用药时机评估中发挥了关键作用。流式荧光的出现要晚于流式细胞仪，以编码微球为载体，扩大了传统流式检测的应用范围，把对细胞/颗粒的分析拓展到了蛋白、抗原、抗体和核酸等物质的检测，而且比传统的化学发光通量更高，特别是对同一样本的多指标检测，流式荧光更能体现出其高通量的优势，例如多联检细胞因子，自身免疫抗体，多联检过敏原等多指标联检领域。在客户应用端，唯公更注重流式细胞仪在临床检验中的应用，致力于提升流式在医学检验工作中的效率和普及。现代医学检验的常规检测（血常规、生化、免疫）均已达到了很高的自动化程度，建立了完整的信息系统（LIS）。唯公的流式细胞仪重点在解决临床用户操作的便利性，数据自动分析，信息录入、质控测试以及数据自动传输，特别是将繁琐细致的手工样本制备自动化，将常规的临床检测全流程自动化。同时根据不同客户的需求，配置了不同的设备，例如，EasyCell，EasySampler，EasyCell Auto。在流式荧光领域，唯公拥有自主研发且兼容主流流式的磁性编码微球（EasyMagPlex），所开发的试剂不仅适配唯公自己的仪器设备，也可在其他品牌流式细胞仪上使用，大大降低了用户的使用门槛和成本。对于其他品牌的流式细胞仪，我们还开发了国内唯一获得注册证的流式荧光产品分析软件（WellCKAS）。对于检测样本量不大的用户，唯公还配套了自动样本制备仪（EasySampler C），免除了人工无趣又繁琐的微球试剂样本制备过程。对于检测样本量较大的用户，我们可以提供全自动的流式荧光检测仪（EasyPlex），实现了和常规临床检验（生化、血球、化学发光）相似的“样本进，结果出”，完全不需要人工干预，其一台仪器的检测通量大约为2,000~3,000指标/小时，完全超越了一条化学发光流水线的检测通量。目前，我们的多款多联检细胞因子试剂已经获证上市销售，多联检自身免疫抗体试剂也已在注册的过程中，预计今年可以获证上市。同时我们也正积极地和不同的试剂研发公司合作，尽快地推出更多的配套试剂。仪器信息网：国产流式企业在核心零部件、试剂耗材、自动化样本处理、技术人才等产业链上下游面临的市场机遇与挑战主要是哪些？李为公：传统流式细胞仪已于1970年代在国外开始商业化。中国流式是从2010年才开始起步，相对较晚，因此在技术积累上也还有很多不足。随着近年来，国内抗体原料的崛起，流式细胞仪及配套试剂主要的核心原料（流动室、阀泵、流式试剂抗体）已基本可以实现本土化。据不完全统计，目前国内有近十家公司在研发流式细胞仪，数十家公司在开发流式细胞检测试剂。对于最近增速较快的自身免疫抗体、过敏原检测的上游原料（抗原/抗体），目前本土化程度还不高，基本上还是依赖进口。能自主研发流式荧光分析仪的团队并不多。很荣幸，唯公是这些公司中的佼佼者，聚集了中国最早一批流式细胞仪和抗体试剂的研发精英（主要来自迈瑞和博奥），拥有一支国内最为完整的流式细胞仪研发团队和流式试剂研发团队，以及编码微球研发团队。仪器信息网：请谈谈过去几年在相对垄断的市场中，国产流式企业是如何破局并发展壮大的？期间有哪些利于国产流式企业发展的政策等有利因素。李为公：从流式细胞仪问世以来，碧迪、贝克曼库尔特几乎垄断了流式细胞仪的市场， 我参与的一个2015年的市场调查显示，这两家美国公司市场占有份额大约在80%以上。虽然传统流式的市场只是整个IVD市场中很小的一部分，但从外国公司的年报数据上统计，他们的流式产品（仪器及试剂）在中国的综合增长接近30%，是中国IVD市场增长速度15%的2倍！从1990年代大型三甲医院开始引进流式细胞仪开始，ing:0px color:rgb(51, 51, 51) white-space:normal background-color:rgb(255, 255, 255) text-align:center font-family:宋体 "点击参与主题征稿活动↓为帮助广大实验室用户及时了解国产流式细胞仪前沿技术进展、创新产品与解决方案，仪器信息网特此约稿。欢迎投稿，投稿文章将在专栏展示并在仪器信息网相关渠道推广（公众号 3i生仪社 原创首发），word图文投稿邮箱：liuld@instrument.com.cn，关于征稿内容要求也可邮件咨询或电话联系：13683372576（同微信）点击下图进入专栏
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