今日，跟着精准医疗快速的展开，寡核苷酸芯片（Gene Panel--液相基因芯片）现已成为了组成生物学的重要运用之一；在生殖、遗传疾病、肿瘤确诊、肿瘤早筛等医学与健康范畴发挥着至关重要的效果。伯科生物医学科技公司是“我国制作”顶级高通量核酸组成技能立异者，具有国内独家的高通量核酸组成与润饰技能，致力于树立从寡核苷酸、DNA/RNA序列片段到染色体基因组成和构建的全流程组成生物学渠道。
方针区域捕获测序技能作为精准医疗范畴中重要的分子确诊手法，现已得到临床的广泛认可，而多基因Panel现已逐步成为临床的干流。基因Panel的规划与组成，是一个对组成工艺要求极高的技能，现在首要被海外的核酸组成企业独占，组成周期与本钱以及产品功能难以满意快速增长的科研、临床需求；令人欢喜的是，经过对组成、润饰技能继续立异、严厉把控组成质量并不断进步芯片规划功能，伯科基因芯片现已打破这种独占局势，为建造国内基因芯片的组成规范而继续尽力。
图1. 伯科基因芯片项目经历
一、极速组成、功能杰出
现在，伯科现已能够安稳、高效的组成长达150nt的寡核苷酸，伯科基因芯片选用生物素润饰的120 nt 单链DNA探针，其间，具有自主知识产权的立异型生物素润饰，能够调理空间位阻，在进步探针与DNA的亲和才能和削减非特异结合方面具有一同的优势。伯科芯片适用于二代和三代测序渠道，可运用于基因组、转录组和甲基化的多组学研讨。现在，伯科现已为多家用户供给了近30款基因芯片，组成时刻均操控在7-15个作业日内、真实完成本土化优势，加快相关范畴的科研和临床转化（图1）。伯科的探针能够掩盖多渠道、多种类型；除了基因组捕获，伯科的转录组、甲基化等基因芯片，也得到了用户的充沛认可。
1. 数据体现
在精准、安稳的组成渠道和高功能探针规划软件的支撑下，伯科基因芯片的捕获数据体现十分稳健，如图2所示，关于巨细从80Kb到~2Mb的DNA-Cap Panel， On-Target均大于60%，掩盖均一性方面，0.2 X Mean Depth大于99%，0.5X Mean Depth大于93%，比肩并在部分参数方针上逾越友商产品。值得一提的是，在与友商产品的比较测验中，伯科芯片在特异性、均一性等多个参数上，均体现出显着优势。
图2. 伯科基因芯片优异的捕获体现
2. 友商产品比照测验（测验数据均由用户供给）
NGS ~1.5 Mb DNA-Cap Panelvs.友商R
伯科在7个作业日内完结探针组成，在快速交给的一同也能确保优异的捕获功能。针对伯科和友商R的同款Panel分别对3种不同的样本类型进行捕获测序，成果显现在捕获特异性上，两种Panel体现类似，无显着差异；掩盖均一性上，在0.2 X Mean Depth时二者体现附近、而当抵达0.5 X Mean Depth时，较友商R高出近10%，优势显着；一同，深度散布也显现，伯科Panel的深度散布更为会集、均匀。即在掩盖均一性方面伯科Panel体现更为优异（图3）。
图3. 伯科与友商R的同款Panel在NGS渠道上的归纳比较（数据均为份额出现）
Nanopore ~4 Mb DNA-Cap Panelvs.友商T
众所周知，Nanopore测序在CNV/SV变异、Repeat Region以及病毒整合等方面的检测中具有显着优势，因为读长更长，Nanopore的基因芯片规划也彻底不同于NGS，伯科针对三代渠道捕获开发了相应的探针规划软件。现在，现已成功完结3款DNA-Cap Panel的规划组成，以其间一款~4Mb Panel为例（图4），在与友商T的比较测验中，伯科Panel的捕获特异性是友商T的~2.7倍，体现杰出；一同，伯科Panel也保持着杰出的均一性。综上，在Nanopore测序渠道上，伯科Panel的捕获特异性彻底逾越友商T。
图4. 伯科与友商T的同款Panel在Nanopore渠道上的捕获特异性比较（数据均为份额出现）
二、安身质量、靠近需求
基因芯片产品的开发触及多学科穿插交融，包含物理、化学、生物学、数学等多个学科的归纳运用。详细而言，产品功能的凹凸首要由两方面决议，1）探针的组成质量，包含生物素润饰功率，碱基错误率、探针拷贝数均一性等；2）探针规划，例如方针区域是否悉数掩盖，探针掩盖区域巨细、探针特异性怎么等等。
它们一同决议了基因芯片产品的数据体现，其评价参数又包含数据冗余度（Duplication）、方针区域掩盖率、捕获特异性（也称为中靶率、On-target）、掩盖均一性（Uniformity）等等，这些方针是确保终究临床检测的高精确性和低本钱的根底（表1）。因而，伯科将齐备的探针质量保证系统树立和高功能探针规划软件开发作为首要突破口，不断进步芯片功能；一同，从核酸杂交的物理/化学原理动身，为不同检测需求供给多种解决方案。
表1. 探针组成和规划是芯片功能的保证
1. 全面质控系统
质量操控是产品功能的底子保证，也是企业生计和展开的生命线。依据本身组成渠道特色，针对探针的生物素润饰功率/安稳性、碱基组成精确性、探针完好度等参数、伯科奇妙的运用多种分子生物学技能和检测渠道，树立了卓有成效的质控流程，为产质量量供给了有力保证（图5）。例如，依据自主研制的单链DNA PCR-Free建库流程，运用多种组成规范品和多个人类基因组规范品的测序数据作为基线进行校对，并与捕获参数树立相关性，从而对探针拷贝数均一性和完好度参数进行质控。
图5. 伯科探针质控系统技能流程示意图
一同，伯科将对组成后的DNA-Cap Panel进行捕获测序（NGS/Nanopore），为客户供给翔实的捕获测序质控陈述（图6）；值得一提的是，在今年年底，针对不同类型的Panel，伯科将运用多种规范品全面晋级捕获质控流程，为用户供给更为深化的产品功能检测。
图6. 伯科Panel捕获质控流程和陈述示意图
2. 高功能探针规划软件
依据自主的高通量组成渠道，伯科将一轮研制测验紧缩至7天左右，在很多原始捕获数据中，经过机器学习对多参数进行计算机模仿和试验验证（图7），以更高的数据有效性和检测灵敏度为方针，归纳考虑方针区域GC含量、探针侧翼效应、杂交解链热动力学特性、序列复杂度、特异性等参数并结合基因变异特征，树立了一套高功能探针规划软件，适用于DNA、RNA、甲基化、病毒捕获等各种模块，能够为用户供给详细与完好的生物信息剖析和基因芯片探针规划。
图7. 伯科探针规划软件开发流程示意图
3.以运用为导向、满意临检需求
短周期、高通量是杂交捕获技能近阶段展开的重要方向，快速杂交系统与简捷、安稳的杂交流程是完成前两点的根底，例如，1h或许更短的杂交时刻，对温度愈加耐受的清洗系统等等；此外，进一步进步应战区域的检测灵敏度也是临床运用之急需，比方，短片段和/或多骤变样本（cfDNA、FFPE）的InDel、Fusion检测具有应战性，其底子原因是核酸片段之间亲和力下降，难以杂交一同更简单被清洗。伯科也正在展开针对性的研制作业，期望从探针规划、润饰组成、杂交试剂优化等方面进行优化，为用户带去完好的解决方案。
图8. A. 伯科系统短时刻杂交的数据体现，4h杂交是特异性和均一性的平衡点，杂交时刻越长，非特异结合越多，On-target越低，但掩盖均一性越好，并在4h左右安稳；B. 进步应战区域检测灵敏度的途径，包含参加探针润饰、添加探针多样性与文库刺进片段长度以及弥补骤变型探针等。
需求着重的是，关于应战区，经过捕获体现或掩盖深度并不能精确判别检测灵敏度；因而，尽管测验数据显现，短时刻杂交对小Panel的根本捕获体现以及重要区域的掩盖度并不会发生较大影响（图9），可是关于详细的骤变Calling依然需求进一步试验验证，特别是液体活检中InDel、Fusion等变异检测。
图9. 伯科系统短时刻杂交的数据细节，关于80 Kb的DNA-Cap Panel，杂交1-16 h，特异性逐步下降[64%（1hr）、61%（4hr）、59%（16hr）](A)、均一性逐步添加[0.5X Mean Depth，95.3%（1hr）、97.0%（4hr）、98.0%（16hr）]；其间，均一性方针在4h到达安稳，与16h体现类似，契合预期（B）。进一步剖析与肿瘤靶向医治相关的基因位点（6基因、58个位点）的测序深度，杂交1h和4h时，上述位点深度附近，均安稳散布在0.8-1.5 X均匀深度的区间内（C、D）
在完善探针功能的一同，为了满意临床科研的开发与转化，伯科还推出了个性化Tiling（图10A）、探针模块化定制化服务，例如参加交融检测、免疫组库、病毒整合或其他“基因补丁”等模块（图10B），最大极限满意产品开发需求，为临床分子确诊供给更多解决方法。
图10. A、依据用户提出的1X+2XTiling方法进行规划组成，捕获测验数据显现，2X Tiling区域的掩盖深度契合预期；B、依照用户供给的2个区域的Bed文件，伯科规划并组成~100条探针，依照探针摩尔数1：1的份额将上述探针Spike-in到~1Mb的原始Panel中，捕获数据显现，原始区域掩盖得到显着改进，契合预期
结语
精准医疗的大幕刚刚摆开，伯科将针对科研、临床需求，全面深化技能研制，包含多润饰探针的高效组成、智能化生产线完善、针对多场景的探针规划软件整合、适用于极速杂交/自动化捕获试验系统的开发以及加强杂交系统的根底研讨等方面的作业。伯科期望经过近年堆集的组成经历，尽力促进基因芯片组成的规范化、规范化，与各位职业同路一同，赶快树立基因芯片范畴的制作规范，为精准医疗和国人健康保驾护航。
——本期完——
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