高通量基因測(cè)序儀器臨床評(píng)價(jià)淺談

高通量基因測(cè)序儀器臨床評(píng)價(jià)淺談（原創(chuàng)2021-10-21CMDE中國(guó)器審）

目前基于大規(guī)模平行測(cè)序的高通量測(cè)序技術(shù)發(fā)展迅猛。不同于大多數(shù)體外診斷技術(shù)只能檢測(cè)到單一或確定的幾個(gè)指標(biāo)來診斷一種或幾種特定的疾病狀態(tài)，高通量測(cè)序技術(shù)（NextGenerationSequencing，下文簡(jiǎn)稱NGS）能夠檢測(cè)到人類基因組中超過30億個(gè)堿基，并由此識(shí)別出個(gè)體可能擁有的大約300萬種遺傳變異。目前主要應(yīng)用于無創(chuàng)產(chǎn)前篩查、胚胎植入前遺傳學(xué)檢測(cè)、腫瘤基因突變和遺傳病等臨床檢測(cè)項(xiàng)目。其檢測(cè)具有數(shù)據(jù)量高、通量大、分析復(fù)雜等特點(diǎn)。

目前測(cè)序行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的高通量測(cè)序測(cè)序儀主要來源于Illumina、LifeTechnologies和華大基因。2005年第一臺(tái)Roche454GenomeSequencer20面世，同時(shí)Illumina和LifeTechnologies也推出了各自的不同原理的測(cè)序平臺(tái)，之后兩家公司不斷推出了的一系列測(cè)序儀。Illumina于2010年推出了Hiseq系列，2011年推出臺(tái)式測(cè)序平臺(tái)Miseq，2014年發(fā)布了NextSeq550，2016年推出了MiniSeq，2017年發(fā)布可擴(kuò)展的NovaSeq系列。同時(shí)LifeTechnologies也推出了IonPGM、IonProton及IonGeneStudioS5系列。華大基因也在基于IonTorrent平臺(tái)的BGISEQ-100與基于CG平臺(tái)的BGISEQ-1000后，于2015年推出集成性的Revolocity測(cè)序儀和基于聯(lián)合探針錨定聚合技術(shù)與改進(jìn)的DNA納米球原理的BGISEQ-500，并在2018年推出數(shù)據(jù)通量達(dá)到6TB的DNBSEQ-T7。測(cè)序平臺(tái)日新月異，10余年內(nèi)，產(chǎn)品更加成熟，有集成一體的也有小型臺(tái)式機(jī)型，錯(cuò)誤率不斷下降，測(cè)序通量不斷提高，由原先的MB的通量發(fā)展到TB水平。測(cè)序技術(shù)飛速發(fā)展，也推動(dòng)監(jiān)管技術(shù)不斷發(fā)展。

一．FDA的管理方式

從2011年，美國(guó)FDA開始研究NGS的評(píng)價(jià)，參與了科學(xué)界制定的相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)工作，建立“下一代序列：臨床檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化”工作組，并開展了一系列的研討會(huì)。

FDA將臨床用高通量基因測(cè)序儀作為二類（特別控制）醫(yī)療器械管理。于2013年批準(zhǔn)了第一個(gè)基于MiseqDx基因測(cè)序儀的兩個(gè)針對(duì)囊性纖維化的NGS產(chǎn)品。產(chǎn)品評(píng)估的重點(diǎn)是如何使用有代表性的變異來評(píng)估儀器的分析性能，以及使用聚合的公共數(shù)據(jù)來支持檢測(cè)基因中變異的臨床相關(guān)性。

雖然儀器應(yīng)該能夠準(zhǔn)確和可靠地檢測(cè)基因組序列中可能存在的每一個(gè)可能突變，但要求提供這樣的數(shù)據(jù)是不可行的，因此使用不同序列不同突變類型的代表性變異數(shù)據(jù)集來證明了MiseqDx的分析測(cè)試性能，證明該變異數(shù)據(jù)集具有充分的分析性能，合理保證測(cè)試能夠成功識(shí)別基因組中的相關(guān)變異，而不需要申請(qǐng)人提交測(cè)試可能識(shí)別的每一種可能變異的數(shù)據(jù)。

FDA把基因測(cè)序產(chǎn)品定義為在特定NGS儀器（如MiseqDx）上執(zhí)行的人類DNA測(cè)序分析，其工作流程由標(biāo)準(zhǔn)操作程序定義，其中指定了所有材料和程序。因此，對(duì)基因測(cè)序儀的管理也采用新的監(jiān)管方法，將測(cè)序儀、試劑及軟件整合作為整體來進(jìn)行批準(zhǔn)，并對(duì)測(cè)序儀要求進(jìn)行標(biāo)簽清單的特殊控制管理，而不是按照常規(guī)的IVD產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)。例如，IlluminaMiSeqDx囊性纖維化臨床測(cè)序檢測(cè)由文庫制備和樣品提取試劑、測(cè)序試劑和消耗品、MiSeqDx儀器和數(shù)據(jù)分析軟件組成。

二．我國(guó)基因測(cè)序儀的審評(píng)審批情況

在我國(guó)，基因測(cè)序儀和建庫試劑均作為Ⅲ類醫(yī)療器械進(jìn)行管理。雖然與FDA的監(jiān)管方式存在差異，但我國(guó)也極為重視對(duì)基因測(cè)序儀的管理。由于監(jiān)管法規(guī)體系的不同，我國(guó)對(duì)基因測(cè)序儀和建庫試劑、測(cè)序試劑采取獨(dú)立審批的方式。

我國(guó)自2014年首次批準(zhǔn)基因測(cè)序儀，目前我國(guó)已有來自十多個(gè)公司的基于多種測(cè)序原理的基因測(cè)序儀產(chǎn)品獲得批準(zhǔn)。

目前已上市的產(chǎn)品有基于可逆末端終止法的安諾優(yōu)達(dá)基因科技（北京）有限公司的基因測(cè)序儀NextSeq550AR和Illumina公司的基因測(cè)序儀MiSeqTMDxInstrument，NextSeq?550DxInstrument等；基于半導(dǎo)體原理的Life中山大學(xué)達(dá)安基因股份有限公司的基因測(cè)序儀DA8600和Technologies的PGMDx等；基于聯(lián)合探針錨定聚合技術(shù)與DNA納米球原理的武漢華大智造科技有限公司的基因測(cè)序儀BGISEQ－50和后續(xù)的MGISEQ機(jī)型等。其中一部分測(cè)序儀采取臨床試驗(yàn)的路徑驗(yàn)證臨床性能，另一部分產(chǎn)品采用同品種比對(duì)的路徑，與同原理的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析。（見表1）

表1：我國(guó)基因測(cè)序儀批準(zhǔn)情況鑒于基因測(cè)序技術(shù)平臺(tái)具有操作和分析較為復(fù)雜的特點(diǎn)，針對(duì)不同的檢測(cè)目的和預(yù)期用途，采用的樣本類型不同，而人類和其他物種基因組信息和結(jié)構(gòu)的差異和多樣性會(huì)造成檢測(cè)的核苷酸類型、序列變異類型、測(cè)序技術(shù)和性能指標(biāo)方法的差異，例如不同的物種的基因組，不同的變異類型，不同的核酸類型會(huì)對(duì)基因測(cè)序儀產(chǎn)出的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和通量有不同的要求。因此需要采用有代表性的檢測(cè)項(xiàng)目來研究產(chǎn)品的臨床性能。

小結(jié)

基因測(cè)序儀作為測(cè)序行業(yè)的上游關(guān)鍵技術(shù)，其臨床性能的科學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)于支持在臨床醫(yī)學(xué)的基于測(cè)序原理的檢驗(yàn)項(xiàng)目的健康發(fā)展具有重要意義。中美兩國(guó)都極為重視對(duì)基因測(cè)序儀安全有效性的科學(xué)評(píng)價(jià)和管理。美國(guó)采取試劑、儀器及軟件整體評(píng)價(jià)的方式，對(duì)于測(cè)序產(chǎn)品末端的結(jié)果的判讀具有嚴(yán)格的監(jiān)管。由于法規(guī)體系的不同，我國(guó)采用與歐盟相同的監(jiān)管方式，對(duì)基因測(cè)序儀和試劑獨(dú)立審批，但產(chǎn)品同樣是作為一個(gè)整體進(jìn)行評(píng)價(jià)。應(yīng)當(dāng)注意，針對(duì)NGS產(chǎn)品其自身特點(diǎn)，產(chǎn)品評(píng)價(jià)中更多關(guān)注代表性目標(biāo)的覆蓋性與性能。隨著行業(yè)的發(fā)展和對(duì)產(chǎn)品認(rèn)知的提升，也促使我們需要進(jìn)一步研究和建立更為科學(xué)的臨床評(píng)價(jià)方法，以支持基于測(cè)序原理的檢驗(yàn)項(xiàng)目的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]《高通量測(cè)序技術(shù)》，李金明主編

[2]OptimizingFDA’sRegulatoryOversightofNextGenerationSequencingDiagnosticTestss—PreliminaryDiscussionPaper.U.S.FoodandDrugAdministration(FDA)

[3]UseofDatabasesforEstablishingtheClinicalRelevanceofHumanGeneticVariants.U.S.FoodandDrugAdministration(FDA)

[4]ConsiderationsforDesign,Development,andAnalyticalValidationofNextGenerationSequenc