1、質譜技術發展歷程分析

1919年,弗朗西斯·威廉·阿斯頓發明出第一臺質譜儀,測定了50多種同位素,制作了第一張同位素表,為后來數十年的人類科研迭代奠定了重要基礎。100年來,質譜相關技術曾13次獲得諾貝爾獎,其最近一次獲獎是在2002年,獲得了諾貝爾化學獎。隨后,由于新型質譜電離技術的發明,質譜真正開始被應用于生物樣本分析。
起初,質譜技術只是被廣泛應用于科研機構的研究中,而后逐步應用于制藥、食品,環境及臨床領域,并在過去的幾十年得到迅猛發展。近些年來,醫院對臨床質譜技術的需求持續增多,各類質譜分析平臺也相繼建立。
與傳統的檢測方法相比,質譜技術具有高靈敏度、高特異性、高準確度、線性范圍寬及高通量等優點。在臨床領域,質譜分析技術可以應用于臨床生化檢驗、臨床免疫學檢驗、臨床微生物檢驗以及臨床分子診斷等多個方面。
例如,在臨床生化和免疫學檢驗中,質譜分析技術基于分子量、結構等化合物的自身性質直接進行篩選分析,與傳統生化和免疫學檢驗相比,質譜分析技術的檢測結果更具可靠性;再如,在微生物檢驗中,臨床細菌培養和鑒定耗時較長,而質譜分析技術能大大縮短鑒定時間。
2、整合產學研資源,突破臨床質譜應用瓶頸

然而,由于臨床質譜具有較高的成本和技術門檻,目前主要集中在少量大型獨立實驗室和少數三甲醫院。
2019年12月9~11日,“2019南京國際醫療健康科技大會”在南京國際博覽會議中心舉行,在由南京市江北新區管委會主辦,南京市江北新區生命健康產業發展管理辦公室、南京市江北新區科技投資集團有限公司、品生醫學等單位聯合舉辦的“精準醫療質譜技術應用發展高峰論壇”上,中國色譜質譜領域領軍人、中國科學院大連化學物理研究所張玉奎院士表示,質譜分析技術對操作能力和數據處理能力要求高,業界十分缺乏相關的專業應用技術人才,“可以在大中專院校中專門開設質譜操作相關專業,這類工作并非一定要博士完成。”
此次論壇期間,張玉奎院士團隊與品生醫學簽訂轉化醫學聯合實驗室的合作協議,臨床質譜研究與產業聯盟與江北科技投資集團簽訂共建精準醫學轉化基地的合作協議,強強聯手,攜手共同發展江北新區的臨床質譜產業。張玉奎院士指出,臨床質譜推廣需要科技界與醫學界加強聯系,實現整合了化學家、生物學家、醫學家的跨學科認同。
張玉奎院士對于這種合作形式給予了很高評價。他表示,一方面,研究所從事轉化醫學需要儀器,完全依靠自身設備積累難以應對科研和臨床檢測需求,產學研合作可以實現資源和人才共享;另一方面,雙方合作可以針對具體臨床需要建立特定的方法論,“這些方法論在臨床實踐中得到檢驗后,可以用于申請企業和國家標準,形成良性循環,推動科研向產業化轉化,最終達到精準醫學的目的。”
據了解,南京市江北新區質譜檢測與分析中心在本次論壇上正式啟動,該中心現已配置了40余臺先進質譜設備,打造了國內領先的蛋白組、代謝組和臨床檢測平臺,將服務于區域內生命健康企業,為相關企業在新藥研發、醫學檢驗、自主質譜設備開發等領域提供強有力的支撐。
由于臨床質譜上游設備基本被國外供應商壟斷,基礎設施建設成本較高。張玉奎院士指出,建立臨床質譜產業聯盟,能夠把國內相關企業聯合起來攻關,在臨床質譜發展中不斷構筑競爭優勢。
3、臨床質譜應用正在進入高速發展期
實際上,作為一項多功能新型檢測技術,質譜硬件已是完全工業產品化,方法學和質量管理體系的建立和完善正在成為檢測結果及應用的關鍵。在美國,臨床質譜應用已經進入相對成熟階段,主要服務于臨床檢測的項目涉及新生兒篩查、治療藥物監測、代謝分子檢測(氨基酸、脂肪酸、膽汁酸等)、類固醇激素檢測、維生素檢測、微生物鑒定以及毒物篩查等領域。相比之下,國內質譜技術在臨床應用上起步較晚,目前仍處于起步階段。
張玉奎院士強調,將質譜方法用于臨床檢驗比現有方法靈敏度和準確度都更高,速度也更快,“有的腫瘤標記物檢驗需要十幾個小時出結果,質譜可以在幾分鐘內完成。”臨床上具有大量高靈敏、高通量、高精度的檢測需求,只有質譜能夠滿足。
不過,如果沒有相關標準,臨床質譜無法推進的。目前,國內設置有儀器標準化委員會和分析標準化委員會(TC481),每年會擬定多項儀器和分析方法的國家標準。通過數據判斷標準、臨床范圍、技術方法、人員培訓、質量控制體系等規范建立,將為臨床質譜的大規模推廣構建重要基礎。
在這場以“引領質譜產業新紀元,開辟精準醫療新高地”為主旨的高峰論壇上,超過200位質譜技術、醫學檢驗、臨床醫學的專家、學者以及產業界、投資界的人士參加,聚焦質譜技術前沿臨床應用,共同探討國家精準醫療戰略層面下質譜診斷產業的機遇與挑戰。
張玉奎院士是國內較早從事質譜相關研究的專家,他和他的團隊致力于從蛋白質組學介入精準醫學領域,研究疾病發生以后的蛋白質變化。在他看來,應用質譜技術的樣品處理是現階段的瓶頸技術,“血液、尿液無法直接進入儀器做檢測,需要經過處理提取出蛋白。”近年來,張玉奎院士團隊嘗試將樣品處理技術與質譜儀有機結合,將實現全自動檢測。
隨后,中華醫學會檢驗醫學分會副主任委員、陸軍軍醫大學第一附屬醫院府偉靈教授府偉靈教授致辭并發表了題為《王者榮耀——質譜檢驗4.0推動精準診斷新變革》的主題報告。從臨床的角度詳細闡述了質譜檢驗技術在基因組學、蛋白質組學、代謝組學等多組學整合分析領域中的優勢。府偉靈教授表示,質譜技術在大數據、人工智能等技術的支持下,將向“智譜”轉變,成為精準醫學領域真正的王者檢驗技術。
著名醫學雜志PLOS Medicine和Thorax的統計學編輯、英國倫敦國王學院健康大數據中心主任王巖中教授在題為《基于代謝組學分析的疾病預測模型的開發和評估》的主題報告中分享了實際案例,介紹了依托質譜技術進行代謝組學分析,并運用大數據技術建立疾病預測模型的新型研究方法。
此外,東部戰區總醫院藥理科主任周國華教授帶來了題為《組學技術指導下的華法林個體化用藥》的主題報告,介紹了臨床上針對華法林的應用難點,在組學技術的指導下實現其個體化用藥的最新研究成果。主要是通過建立代謝組+基因型+臨床信息的華法林個體化用藥預測模型,實現對患者初始給藥劑量的準確預測,實現精準診斷+精準治療。
品生醫學副總裁張偉博士分享了一系列質譜技術臨床應用的案例,介紹了臨床質譜作為蛋白質組、代謝組研究高精準、高通量的分析平臺,有效解決了傳統檢驗方法的痛點,是新一代醫學檢測的利器,精準檢驗助力精準醫療。
而品生醫學董事長成曉亮博士則在論壇總結發言中表示,當前中國臨床質譜市場有廣闊的前景和巨大的潛力,品生醫學一直致力于臨床質譜技術在中國的產業化,推動技術創新,讓質譜技術更好地為精準醫療服務。