外顯子與臨床醫學的交會點 — SureSelect 自動化平台


隨著 2000 年人類全基因體序列的公布,全世界競相投入基因體醫學開發,一陣衝刺之後發現到了許多落差,例如許多疾病與基因間未有明確對應性、臨床樣品不能隨意取樣、樣品量少、核酸高度降解、正常與變異細胞混雜等諸多實際狀況。當時的基因晶片技術雖能提供大量資訊,但在技術力上只適合單純已知變異的疾病,因此 NGS 在 2005 - 2006 年登場後被寄予厚望,希望它的 single base resolution、de novo mutation 偵測能力、海量定序片段等優勢,能夠克服臨床樣品的挑戰。



2005 年,Agilent Technologies 已是合成式生物晶片領導廠商,正與荷蘭 Agendia 醫院合作以基因晶片評估乳癌病患預後風險 ( 2007 年通過 US FDA IVD 認證, Ref 1 ),也思索著如何將自身的高通量 Oligo 晶片合成技術與 NGS 結合,提供下一世代基因偵測需要。Agilent 隨後與哈佛大學、麻省理工學院 Broad Institute 合作,開創了 NGS 液相基因片段捕抓法,2009 年時發表了第一套人類外顯子 ( Exome ) 技術 — SureSelect Human Exome。SureSelect 問世的 5 年內,全世界的遺傳、癌症基因體計畫 ( 如 TCGA 與 ExAC 的研究群 ),基於 SureSelect 累積了 6 萬筆以上的全外顯子 ( WES ) 數據,奠定了精準醫學基礎。

Agilent Technologies 做為臨床晶片廠商與 Exome 技術開創者,深刻認知到 " 研究技術 " 與 " 臨床應用 " 之間的鴻溝。以當時的 Exome 技術而言,需要 3ug 的高完整度 DNA、每次只能處理 8 - 16 個樣品、一次需要 4 - 5 天的複雜操作,與臨床需要的快速、彈性、大量有著巨大差異,Exome 只能用於無時間壓力、樣品容易取得的罕病遺傳檢查,無法用於短時間、微量、高度降解、細胞組成複雜的癌症醫學。因此 Agilent 基於臨床實用理念,訂立了數個研發目標,並於 10 年間一步步的將科學研究技術轉變成 SureSelect 精準醫學平台:


1. 要能搭配 FFPE、Liquid Biopsy

針對臨床日常的 FFPE 切片與血液相關 ( Liquid Biopsy, cfDNA/RNA ) 樣品最佳化。這類樣品通長只有 ~10 ng 的微量低品質 DNA/RNA,容易造成實驗數據誤差。Agilent 率先將分子條碼 ( molecular barcode ) 導入 FFPE/Liquid Biopsy Capture-base Exome,可在微量的 DNA/RNA input 下達到 < 1% VAF 偵測靈敏度,做到臨床檢體可靠 Exome 定序。




2. 符合彈性、快速需求

臨床醫療為了疾病競爭,因此極度重視速度。並為了應付突發狀況,需要高彈性的技術設計。Agilent 自初代 SureSelect 就堅持一個樣品就能分析的設計,不斷改良流程,將製備 ( Library Preparation ) 時間縮減到只需 10 小時,即使只有一個樣品,一天內就能送入定序儀,以最彈性的設計,協助第一線進行高效率的 Exome 操作。


3. 真正的自動化

在高工作強度的臨床環境,自動化的必要性無庸置疑。Exome 自動化不只是避免操作失誤或增加穩定度而已,而是將人力放在更重要的基因報告上,後端報告是目前最重要,也無法由機器處理的部分。而許多的自動化只為了學術實驗設計,有著流程分段、前/後置整理耗時、無 biohazard 考量、無法彈性上樣等問題。Agilent 十分熟悉臨床需求,將 SureSelect 操作整合成全自動、簡易流程,省下寶貴人力於後端報告處理/校對,提升檢測品質。



4. 無縫銜接醫院流程

精準醫學檢測導入的一個大挑戰,是在無法與既有的醫院流程相容。許多的學術實驗要求與實際臨床狀態衝突,像是第一步的 DNA/RNA QC 就有操作複雜、品質標準不一的問題。除了造成臨床人員的工作負擔外,也讓檢測結果多了糾紛疑慮。因此 Agilent 以自動化來銜接醫院流程的樣品,並與日本病理學會合作獲得 FFPE 檢體 QC ( DIN/RIN/DV200 ) 標準的臨床建議。讓整個流程在步驟上與要求上,盡量與臨床無縫銜接。




這些基本務實理念的背後,其實是一個橋接兩個在條件、嚴謹度、責任、文化、狀態、需求上差異巨大體系的工程,一般常以轉譯 ( translation ) 來描述,但本質上它已是轉化 ( transformation ),需要先把 Exome 技術核心變為臨床思維,再將儀器平台以臨床生態來塑形。開發史上已有許多失敗案例,即使是 Agilent 這樣的技術開創者也是個艱鉅挑戰。10 年無數人力物力的投入後,終於在 2019 推出了第一套 CE-IVD Exome 處理系統 一 SureSelect Magnis 全自動系統。Magnis 除了創造新技術高度外,更以 SureSelect 核心來設計臨床解決方案,集穩定、標準化、快速操作於一系統,讓 Exome 臨床應用性不被侷限。

有了臨床信賴的的穩定、準確性,精準醫療在 CE-IVD Exome 系統協助下已能真正落實。Agilent 以 10 年時間一邊轉化 Exome 核心,一邊配合 NGS 定序儀的進展,一步一步開發基因醫學實用技術,最後以 SureSelect 自動化平台達到了基因體與臨床醫學的交會點。Agilent 的 SureSelect 技術奠定了精準醫學基礎,而未來會持續以信賴、實用理念,推動個人化基因醫學的前進。




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