核酸质谱技术、玩家及注册情况

文章来源于分子生物应用，作者嫩黄瓜

Part. I 简介 

1. 什么是核酸质谱

核酸质谱，顾名思义是一种能检测核酸的质谱技术，该技术主要通过多重PCR+高通量芯片+飞行时间质谱来实现核酸检测。

目前核酸分析所使用的质谱电离技术主要还是采用电喷雾电离（ESI）和基质辅助激光解析电离（MALDI）。ESI 检测的特点是生物大分子带多个电荷，质荷比范围基本在2000 Da 以下区间，从而能检测几万乃至更大的生物分子；而MALDI常得到单电荷峰，与飞行时间(TOF)分析器搭配，检测范围可以到几十万道尔顿。它是基于MALDI-TOF MS质谱发展起来。

20世纪80年代出现的基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)打破了以往质谱仅可进行小分子物质分析的传统，使得核酸、蛋白质等生物大分子也可应用质谱进行研究，极大推进了基因组学、蛋白质组学的发展，并且给生物领域及医学领域带来了革命性的突破。

▲图｜核酸质谱技术（来源：网络图片）

2. 核酸质谱检测原理

MALDI-TOF MS检测核酸主要分为如下步骤：

1、PCR扩增，获得目标序列

根据待检测位点设计上下游引物，以样本DNA为模板，进行PCR扩增反应，获得目标位点的PCR产物片断。

2、虾碱式磷酸酶处理

然后加入虾碱式磷酸酶（SAP），对PCR产物进行去磷酸化反应，消除反应体系中剩余的引物和dNTP。

3、设计特异性延伸引物，进行单碱基延伸反应

经过SAP消化后的PCR产物，加入一条单碱基延伸引物以及ddNTP（ddNTP替代dNTP作为原料，在引物后面延伸一个ddNTP终止），进行单碱基延伸反应，获得延伸产物。

▲图｜根据检测序列设计的特异性延伸引物（来源：分子生物应用）

4、树脂纯化

加入脱盐树脂，对延伸产物进行脱盐纯化，避免离子在质谱中对待测样本的影响，消除盐峰干扰。

5、样品与基质结合

使用芯片点样仪将树脂纯化后的样本点到带有基质的芯片上，干燥后放入质谱仪中。

6、与基质结合的样本在激光照射下获得能量，进而离子化开始在真空管中飞行，最终到达检测器，获得核酸物质检测峰。

结果展示示例

▲图｜SNP结果展示（来源：网络图片，MPE质量探针即特异性延伸引物   ）

3. 核酸质谱操作流程

以Agena Bioscience公司MassARRAY®系统进行SNP检测为例，核酸质谱的实验流程如下。 主要分为PCR反应液配置、多重PCR扩增、SAP消化、特异性引物延伸、纯化处理和质谱检测分析。

▲图｜MassARRAY®系统操作流程（来源：Agena Bioscience）

4. 核酸质谱特点

多重反应，检测成本低  

单个反应实现10~60重检测，只需简单的多重PCR，无需荧光探针，多重检测成本低。

高准确度和灵敏度

分型准确性>99.7%，是SNP检测的金标准；突变检测灵敏度高达1%-5%。

检测周期短

检测流程和数据分析简单，从DNA到结果输出时间为8小时。

通量灵活

提供标准的96，384制式的芯片，能够满足不同检测量的需求。

支持不同类型标志物检测，应用广泛

可以检测SNP，点突变，In/Del，CNV，基因融合以及甲基化等多种变异类型，可应用于遗传病、实体瘤及液体活检、药物基因组学等多个领域。

兼容多数临床样品

仅需微量样品（5ng/反应），直接检测80~120bp的扩增子，即使是高度降解的样品也可进行检测。

灵活定制，自定义检测内容

除了可供选择的商业化panel，用户可灵活设计检测标志物数量和种类。

▲图｜不同核酸检测技术对比（来源：分子生物应用）

Part. II 应用 

核酸质谱可应用于药物基因组学、肿瘤分析、肿瘤液态活检、病原体检测、遗传性疾病、甲基化研究、嵌合体和血型鉴定等领域。

核酸质谱在临床的转化应用正在日益完善。国外，以Agena Bioscience公司MassARRAY®系统为代表的核酸质谱已得到广泛应用。MassARRAY®系统2000年首次投入使用，2014年获得FDA批准（美国食品药品监督管理局于2014年批准MALDI-TOF MS可用于临床核酸检测）。

应用MassARRAY®系统进行普及型药物基因组学PGx精准用药的临床检测服务已成海外共识，在精神类药物、心血管类药物、镇痛麻醉类药物、抗肿瘤药物等领域得到了广泛应用。

▲图｜核酸质谱应用场景（来源：Agena Bioscience）

Part. III 国内玩家 

1. 国内核酸质谱布局情况

在国内，核酸质谱玩家主要包括融智生物、毅新质谱、迪谱诊断、先声医疗、达瑞生物、英盛生物、华大基因等企业，通过自主研发或战略合作形式都在积极布局核酸质谱仪。临床应用场景以遗传性疾病、药物基因组学、肿瘤精准诊断为主。

▲图｜NMPA获批的国产飞行时间质谱仪（来源：NMPA，2023年3月）

2016年2月，广州达瑞生物与美国AgenaBioscience结成联盟，共同合作开发基于MassARRAY核酸质谱系统在遗传病体外诊断、癌症精准医学、药物基因组等领域的整体解决方案。2018年10月，达瑞生物DRMassARRAY核酸质谱平台获得了中国NMPA批准，成为国内首项可用于临床基因检测的质谱技术。

2018年3月，先声药业旗下先声诊断和美国Agena Bioscience签署了一项战略合作伙伴协议，以开拓一套核酸质谱平台系统在中国伴随诊断和药物基因组学检测领域的产业化应用。

2018年7月，迪安诊断发布公告称，迪安诊断与美国Agena Bioscience签署战略合作协议，根据协议，双方将推动核酸质谱技术平台与多重 DNA 基因检测的诊断方案在中国市场的推广，致力于生命科学与精准医疗的临床研究与实践。

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