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浙江清华长三角研究院三代测序技术突破·赋能临床肿瘤创新应用

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2月25日,浙江清华长三角研究院精准医学中心孵化企业雅康博医检所发布了国际首款拥有自主知识产权的肿瘤靶向TGS 研究使用(RUO)的试剂盒。该技术由精准医学中心、雅康博医检所联合复旦肿瘤乳腺临床研究团队、妇瘤临床研究团队、泌尿临床研究团队等多家国内龙头临床研究机构共同研究完成。

目前,研发团队已启动包括肺癌、消化道肿瘤、妇瘤、乳腺癌以及泌尿系统肿瘤的多项临床课题队列研究。临床检材方面,在业内首次达到2针穿刺冰冻组织样本即可成功测序的技术水平,大大提升了在肺癌、甲状腺癌、妇瘤及前列腺癌等诸多癌种的首诊及伴随检测中的应用。在此基础上,研究团队将逐步开展三代测序临床肿瘤数据库的建设,为大幅度提升药物靶点的挖掘与创新药研发进程,研究更丰富的突变耐药位点及突变耐药机制,阐释例如ADC抗体偶联药物等新型治疗模式的患者精准分层与预后分析提供更多技术手段。

发布会上,国家癌症中心精准医学临床医学研究中心高亦博主任、上海交通大学医学院附属新华医院乳腺外科主任韩宝三、同济大学附属同济医院妇产科副主任梁俊华、仁济医院普外科副主任医师吴琳石教授以及上海市肺科医院肿瘤科主任医师郑迪教授,来自美国夏威夷大学医学院的邓友平教授、南京阳坤生物集团有限公司首席科学家王红卫教授等业界专家出席了本次活动。临床肿瘤专家们纷纷就该项研究成果的学术价值以及临床应用转化价值给予高度肯定。

二代测序(NGS)是目前肿瘤精准医学领域相对普及的技术,可实现约150bp的肿瘤片段检出,但读长较短。大部分基因组的结构变异区域或特殊结构区域,如MHC、Homopolymer、重复序列功能原件等无法精准检测。第三代测序技术(TGS)是长读长的技术平台,能够完成10000-15000bp的测序读长,准确度达99%以上,具有显著的高准确度清晰解析优势。鉴于癌症基因组存在多种伴生的结构变异问题,如大片段拷贝数扩增、复杂重排、插入缺失、倒位、易位等,某些结构变异甚至会成为重要的肿瘤标记物甚至用药靶点或耐药位点,因此三代技术尤其是靶向三代肿瘤panel检测,能够在肿瘤临床伴随诊断、预后研究、患者精准分层精准入组、耐药及复发预警以及创新药物治疗等各个领域广泛应用。

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由于三代测序长读长的特点与优势,以及高度准确和高度完整的读取基因组、转录组和表观组方面独一无二的应用,2022年被自然杂志评为年度技术(Method of the Year 2022),可实现端粒到端粒的全覆盖(Telomere to Telomere-T2T),也使得人类基因组实现了100%的全破译。

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以二代测序illumina平台为例,同三代测序相比(Pacbio SMRT单分子实时测序以及ONT纳米孔测序等),有很多二代覆盖不到的序列区域(如图中第一行中间白色缺失部分为测不到的区域),可以在三代测序中精准测通,并拿到准确度非常高的HiFi核酸序列(如图中第二及第三行-灰色部分为测序结果)。这些只有三代测序长读长可以覆盖的染色体区域往往蕴藏着大量的结构变异、重复单元功能元件、具有极为重要的临床意义以及药物靶点的潜在价值。

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尽管具备诸多优势,三代测序以往却由于全基因组检测的属性,价格非常昂贵,因此往往只适用于纯学术研究、很难实现临床的大规模应用。面对这一挑战,我院精准医学中心及雅康博医检所联合攻关,突破了靶向三代测序的技术难点,同步实现了三代测序生物信息学算法的系统优化(与二代测序既有生信算法有很大不同)及产品管线的开发,成功推出首批TGS 研究使用(RUO-Research Use Only)试剂盒,包括三款主要用于临床肿瘤科研检测服务的产品:乳腺癌三代测序靶向Panel、妇科肿瘤三代测序靶向Panel以及泌尿肿瘤三代测序靶向Panel。该系列产品首次实现临床肿瘤TGS靶向检测,能够全面覆盖指南推荐检测基因,提供明确的临床诊疗指导及临床转化空间,测序读长超过4000bp以上,覆盖深度为300x,读长显著高于二代测序的150bp,单碱基准确性达到99.9%,可同时满足临床肿瘤检测所需的单碱基分辨率及长读长片段的双重挑战。

基于该试剂盒长读长及靶向化优势,研究团队在临床研究中发现了大量的结构变异靶标。如在泌尿肿瘤样本队列中,首次发现了LRP1B的结构变异(如图)LRP1B抑癌基因的缺失变异,属于大片段E4~E6(外显区域)缺失,突变比例高达VAF=20%;有6条独立的reads原始序列支持,变异可信度极高,变异断裂点位于重复序列元件附近。该段结构变异将在后续的生物功能验证中得到进一步阐释,并有望提升为癌症生物标记物,将更有效的辅助携带该结构变异的患者实现精准诊断与预后治疗。

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研究团队还发现了第10号染色体、第16号染色体的大片段易位变异(属于该区域的首次检出),变异比例高达VAF=25%;且有10条独立的reads支持,变异可信度极高,变异断裂点同样位于Alu元件(结构重复原件,具有很高的致病性及靶点发现价值)附近。在后续的生物功能验证中,将对这一结构变异区域进行更深入的阐释,针对该患者及拥有同类变异的人群展开更加精准的精准治疗。

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出席本次发布会的还有浙江清华长三角研究院院长黄开胜、副院长王根良,嘉兴市副市长邢海华、市医保局局长孙庆华、南湖区副区长王存乡、嘉兴南湖高新区(科技城)管理委员会副主任江军、市卫健委副主任戴叶华、市科协副主席刘加庚,中国农工民主党嘉兴市委员会副主委、嘉兴市第二医院院长陈刚,市发改委产业与创新发展处主任梅俊忠、市经信局行业服务中心副主任李军伟、市市场监督管理局药品与化妆品监督管理处副处长蔡渊、嘉兴市第一医院副院长邵平扬、嘉兴市中医医院副院长刘杰等领导及各界嘉宾。

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