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第八章：分子检测 概述 分子诊断在临床医学方面正在成为一个占主导地位的平台并且代表诊断市场一个增长最快的部分。它的出现完全是从研究走到临床试验。现在仪器自动化很多的样品制备和分析步骤,这些在过去都是劳动密集型的。新的测试正在启动。许多分子测试都是CE标志和FDA准入的，还有很多正在发展之中。 分子技术在临床医学的应用已在世界各地得到了广泛的关注。他们已经在诊断系统留下了印记,并将在接下来的5年里继续这样做。在过去的几年里活动的数量是不错的，显示行业正在向测试,技术和能够支持基于分子的病人护理的基础设施工具方向发展,尽管仍有足够多的障碍和挑战需要克服。
分子诊断市场的主要增长动力,是持续发现的证明临床实用性的遗传标记,越来越多的采用基于遗传的诊断测试,和报销的扩张计划,包括更多的诊断测试的批准。最具吸引力的增长领域是组织学分析的分子测试,女性健康,传染性疾病、器官移植测试和肿瘤。 在技术方面这个市场的一个主要的驱动力是技术进步带来的新测试和技术。虽然PCR是一种标准技术用于进行扩增反应,该方法却非常复杂,由于需要多次热循环和冷却,在这个过程中,它会消耗更多的能量。作为替代PCR的方法,等温核酸扩增避免了重复变性的需要，及在等温条件下放大反应的发生时冷却。这极大地改善了进行分子诊断的微流控芯片的设计。大多数的微流体装置采用等温核酸扩增方法是在研发阶段。预计增加的小型化的核酸诊断将促进市场的发展。 等温的关键供应商是Eiken,Becton,Dickson and Co.bioMerieux s.a.Novartis International AG, and Quidel Corp。 分子诊断行业也经历了一个快速转向增加样本分析的自动化的过程和在单一的小型设备上集成的样本分析。小型化提供了减少样品体积的机会,使最终用户能够自动化和分析样本。 医疗保健服务的重大变化预示着一个诊断测试新时代需求的开始。这个新时代需要一方面非常复杂的,敏感的疾病检测化验,疾病管理和药物治疗决策。另一方面,这些测试应该用户友好,非常符合成本效益。这都预示着自动化和用户友好的分子测试平台的欣欣向荣。 然而,贡献,这些测试对病人结果的贡献面临重大障碍，包括报销问题,在测试平台上缺乏标准化,和有限的产品和项目质量控制。同时,分子检测,特别是对遗传性疾病和一些FISH分析来说是非常复杂的。测试提供原始数据,即使是最有经验的分子生物学家在解释时也会有困惑。 尤其对于分子实验室来说缺乏可靠和可再生来源的参考标准是一个主要障碍,即使有患者样本,DNA提取易变形和缺乏标准化会导致错误,分子实验室的要求很高。患者样本必须在很短的时间内以非常高的质量准备好,以确保及时可靠的DNA样本和可靠的测试结果。 基因组数据的质量取决于起始物料的质量。因此,在测试之前，必须决定是否包含足够数量的完好无损,高质量的基因组DNA样品。标准、人工的方法评估基因组DNA样本的质量是费力的,可能需要几个小时才能完成,并且很容易错误。 2013年2月,Agilent 公司推出了基因组DNA 筛查带,一个预先包装好的耗材设备,适用于公司的2200TapeStation的仪器在每个样本处理时间不超过两分钟的时间内来确定数量、大小和基因组DNA的质量,只使用一个微升的材料。 在几分钟内测试他们的基因组DNA样本,研究人员可以确信他们的起始原料是最高质量的。这个介绍演示了一个扩大下一代测序仪自动样本质量控制的范围和阵列比较基因组杂交的工作流。 表格8-1 2013年分子测试样本准备的创新 针对遗传基因疾病和肿瘤的下一代测序技术在迅速增长。目前,没有被广泛接受的基因组标准或确定的变量调用的量化性能指标。这些对测量结果的信心而言都是必须的，才能形成预期的清晰地,可再生的研究和规范的诊所应用。 2012年4月,国家标准与技术研究院(国家标准与技术研究院,美国商务部的一个机构)在Bottle里(www.genomeinabottle.org)召开基因组研讨会来启动一个财团参与开发确定的人类基因组变量调度需要的参考资料,参考方法和参考数据。这个联盟的一个主要动机是发展被广泛接受的参考资料和相应的性能指标为法规和专业临床测序的标准的发展提供了一个强大的科学基础。 分子检测面临的主要挑战之一是让利益相关者包括纳税人、医生、研究人员和监管机构共同缩小研究和临床适用性之间的差距。医生教育是另一个可以推进分子化验使用的领域。 此时不要停留在消极方面,这些元素的合集创建了一个动态的、充满活力和快速移动的新测试和公司的环境。本章概述了分子测试市场的各种重要的细分市场。 分子医学将改变整个疾病的管理周期,从疾病的早期检测,定义疾病预后的变革和预测病人对特定的疗法的反应。这也适用于许多慢性疾病，如心血管疾病,糖尿病,癌症,精神疾病和药物治疗。 先进的分子测试和科技 分子测试的发展方式很有趣。传染病测试是突飞猛进增长的,带来连续的市场准入的新测试和技术。这一章中讨论的其他分子测试在获得市场准入和报销方面还有困难。结果,大多数这部分的测试服务由实验室或通过公司赞助认证实验室提供。同时大量的技术将在基因诊断历史上留下辉煌的一笔。 数字PCR 数字PCR是一种使用分子计数的新的核酸检测和量化方法。它提供了一个替代传统实时定量绝对量化的和稀有等位基因检测的PCR方法。数字PCR通过分区样本DNA、或者cDNA成许多个体的,平行的PCR反应,这些反应包含目标分子(阳性),而有些则没有(阴性)。一个分子可以被扩增数百万倍或更多。在扩增过程中燃料标记的探针用于探测序列特异性的目标，产生色彩的强度跟 DNA的数量成正比。 未来几年数字PCR市场正展翅待飞,由著名的生命科学工具供应商Fluidigm, Life Technologies, RainDance Technologies, 和Bio-Rad Laboratories领头。 外显子组 外显子是许多不同的微泡的亚种之一，可以隔绝生物液体如血液、尿液、脑脊液，从中高质量的RNA和DNA可以被提取和纯化进行分析。外泌体由细胞分泌，在正常和病理条件下都存在。他们是身体的复杂通信系统的重要组成部分，通过生物液体传输所有从细胞到细胞的遗传指令。外显子携带他们的宿主细胞的核酸和蛋白质,被广泛认为是必不可少的个性化医疗诊断的生物标志物。例如,肿瘤细胞释放含有肿瘤特异性RNAs的外显子，相对活检来说可以更容易的从血液和尿液中分离。 预计基于外显子的常规基因诊断测试将提供另一种组织切片和创造分子测试新的机会。 表格8-2 外显子测试创新 游离DNA(cfDNA)在这个时候作为无创性产前测试的基础是最广为人知的。然而却在血液中可以检测到,cfDNA在癌症诊断和器官移植监测测试中得以应用。细胞在体内不断死亡从而将DNA / RNA释放到血液中。垂死的癌细胞也将突变DNA释放到血液中,来确定突变类型和相对肿瘤体积。这种现象已被研究过,现在新科技如数字滴PCR和下一代测序等技术使cfDNA的检测变得可行。 这种方法仍处于开发的早期阶段,但是是许多研究的主题。例如,2013年3月,剑桥大学和其癌症研究中心发表了理论证明的研究在《新英格兰医学杂志》上表明循环,细胞游离DNA可以作为基于血液的标记监测转移性乳腺癌妇女接受治疗的情况。他们用有针对性的和/或全基因组测序发现转移性乳腺癌肿瘤体细胞的突变特征。然后检查这些的存在与否在每个女人治疗过程中改变她的血液游离DNA,观察这种技术为寻找转移性疾病和跟踪治疗反应和进展过程的表现如何。他们发现这项技术优于传统,基于影像的转移性乳腺癌和其他基于血液来寻找疾病的方法,比如瞄准血液样本中完整肿瘤细胞癌症抗原检测和分析。 为了支持cfDNA分析,cfDNAde1特殊血液采集管已经商业化。游离DNA BCT试管是由Streck, Inc., (Omaha, NE) and the K3EDTA tubes from BD Vacutainer (Becton Dickinson; Franklin Lakes, NJ)生产的。他们防止由于温度波动或者血液样本存储，运输和处理过程中的搅动引起的背景gDNA水平的增加。这些特殊的血液采集管提供一种方法来获得高质量的稳定的样本。罕见DNA样本目标探测和确定准确cfDNA浓度。 有许多的新颖的基因测试应用。根据IMS Health(www.imshealth.com),在美国，每年有超过900万个新病人的精神科药物处方，估计全球每年开具的精神科药物处方达1800万。 据报道,百分之十一12岁以上的美国人在疾病控制中心的全国健康和营养调查(NHANES)中服用一种抗抑郁药物。 抗抑郁药物自1988 - 1994年到2005-2008年期间增长了400%,根据美国国家卫生统计中心的数据来说。 自2005年以来在美国，加拿大和欧洲一些国家所有的抗抑郁药物都有自杀风险预警的最高水平,但医生无法确定哪些患者可能自杀的风险。 Sundance Diagnostics(Boulder, CO)正在开发一个测试来评估服用抗抑郁药物的人的自杀风险。公司信息:“我们希望新的测试将协助医生显著降低这些悲剧结果的风险,会给患者和家庭提供宝贵的个人信息供他们的医生在治疗计划中使用。” 遗传学在个体对烟草中尼古丁上瘾的程度中扮演一个重要角色,进而影响他们戒烟的难易以及哪种戒烟策略可能效果最好。BioRealm(Monument, CO)正在开发烟雾筛查分析,旨在支持尼古丁依赖基因的研究项目的基因分型分析。公司信息说:“这个项目的一个重要组成部分将为生物标志物的发展构建一个框架,由此可以分类吸烟者和建议基于个人特征,包括遗传学的戒烟疗法。” BioRealm将开发基于生物信息，过往研究数据，以及此项目的信息的统计方法的预测模型。 同样,美国国立卫生研究院正在调查酗酒的遗传基础,目标是开发一个酗酒风险的基因测试。 主要参与者 自2000年以来,所有分子测试的销售几乎增加了两倍,公司和测试的数量几乎要爆炸了。大约350家公司积极参与分子诊断。这并不奇怪,因为分子测试在几乎所有的IVD产业的部分都有应用。然而如表8 - 3所示,商业市场分子测试仍然是由一家公司控制,只有少数几家公司可以拥有非凡的成功。公司收入包括IVD分子测试市场的各个部分。它是超出了本报告的范围确定性的根据测试部分来划分公司部分。 表格8-3 2009-20134年间IVD供应商的分子测试收入 梳理出这些公司基因分子测试的收入超出了本研究的范围。事实是,不超过15%的分子测试的收入来源于基因测试。罗氏分子诊断(RMD)推广一个广泛的传染病的自动测试的系列和已启动癌症诊断和癌症疗法的伴随测试罗氏的PCR(聚合酶链反应)技术自1980年代中期以来一直主导分子测试,在2013年,也继续这样做。几乎所有主要的IVD公司和更小的分子测试的参与者都获得了PCR许可证。 雅培诊断推广m2000,一个自动化系统,使用实时PCR。大部分的试剂都由与雅培合作的公司提供。雅培m2000系统上的测试大多是传染病。在过去的几年中雅培一直在扩大m2000癌症检测的菜单。2009年1月,雅培因为其实时HPV检测荣获CE标志。
Qiagen开创了分子测试样品制备的DNA和RNA提取。在过去的几年里Qiagen已转变为分子诊断公司，收购了DxS, Eppendorf’s DNA 的试剂业务,artus,eGENE,Genaco,Biotage和Digene Biotage， Corbett生命科学。Qiagen在构建分子诊断公司,IVD占47%的公司的产品销售。Qiagen认为自己是分子诊断的一个领袖,除了病毒载量检测和血液筛检。 Qiagen报道:“我们在分子诊断的客户销售增长是由于销售强劲的预防产品(主要是HPV筛查)、个性化医疗化验(包括我们的KRAS测试解决方案)和分析解决方案(包括我们的流感和其他传染病化验)。” bioMerieux正在建立肿瘤业务:“收购AviaraDx bioMerieux是我们长期增长战略的一个主要的里程碑。它们在肿瘤组织的分子技术和广泛的临床能力将帮助我们实现Christophe Mérieux博士为病人提供个性化的,预测性药物的洞见。有了AviaraDx 以后，bioMerieux获得了确认的癌症生物标志物以及肿瘤组织应用中基因表达分析的能力”。 在临床领域,Gen-Probe主要产品保持衣原体/ 淋病的组合测试和一个肺结核测试。血液银行业务与诺华公司/Chiron合作独立推出新的测试。该公司正试图移动它的分子检测到肿瘤领域。Gen-Probe的癌症相关的收入是来自PROGENSA PCA3检测前列腺癌的销售及其CE标志APTIMA宫颈癌人乳头状瘤病毒检测。 分子测试技术创新的需要的一个驱动因素是需要设计出可以很容易地小型化和简单化后用于还没有投资于分子的方法的常规实验室。这些新系统的范围和创新大多只用于研究给未来的基因测试开了个好头。 RainDance Technologies, the Digital Biology Company开创性的使用高通量的pi基于微滴的人类健康和生命科学的研究的分析。公司的核心暴雨技术产生数以百万计的离散液滴可以封装单个分子,细胞或反应，可以一次性的数字分析和整理。 完整的RainDance解决方案包括自动化仪表,可定制的生物信息和高价值耗材和试剂的应用包括有针对性的下一代DNA测序、甲基化、数字PCR和单细胞分析。2013年9月,RainDance技术发布展示公司的数字PCR技术的使用，此项技术可以直接从血液样本检测循环肿瘤DNA的突变 Biocartis SA开发的诊断系统有以下主要特点:全自动,许多生物标志物同时检测,快速,简化工作流和最少的手工劳动,范围广泛的样本类型的样品制备的一体化。 Biocartis的新的随地的分子诊断平台Idylla 消除了外包测试的需要,允许癌症分子测试方便地在内部进行,或从中央实验室组织的外围区域,并最终允许更快的结果和加速治疗决策的做出。2014年6月,Biocartis和雅培诊断宣布了一项合作开发和商业化的同伴诊断测试。根据协议,公司将利用Biocartis的分子诊断系统、Idylla和雅培的监管,科学和商业化专业知识。 表观基因组学被认为是下一个大的癌症管理的诊断发展的先锋——DNA甲基化模式。公司的技术是通过合作获得诊断参与者和参考实验室。 表观基因组学已经开发出一种叫做MethyLight的技术,有选择地放大突变的体液中的DNA甲基化图案而不是正常的甲基化信号,因此不需要做活检就可能做癌症的早期诊断。DNA甲基化是一种天然的开关控制细胞内的基因表达从而引起截然不同的细胞模式包括癌症和其他病变细胞。 Exosome Diagnostics正在开发基于生物液体的分子诊断方法用于个性化医疗。外显子被包装和剥离到所有的生物液体中,包括血液、尿液和CSF,提供一个完整特异性核酸的稳定来源。公司的专有的外显子技术利用RNA的存在和自然稳定的特性来检测和测量癌症和其他疾病基因的水平。公司商业化体外诊断测试用于伴随诊断应用和实时疾病监控。 IncellDx集团是一家致力于检测和疾病监测的分子诊断公司,如宫颈癌、乳腺癌,艾滋病毒/艾滋病、肝炎、器官移植排斥反应。IncellDx技术利用一个基于流式细胞仪的方法,可以用来识别基因过表达。 NanoStringTechnologies开发了nCounter分析系统,据该公司声称是第一个也是唯一的技术平台提供高度多路复用,单个反应的单个分子直接分析并且没有扩增。 公司的试剂nCounter Elements 在FDA注册为通用试剂,实验室开发测试中可以使用。这项技术可以用于多路复用化验检测基因表达,基因拷贝数变化,从各种各样的样本类型包括FFPE样本的基因融合中产生可靠的结果。 QuantuMDx集团是一家医疗设备公司开发手持,便携式低成本诊断、基因测序和蛋白质组学平台，能够为发达国家和发展中国家支持个性化医疗的交付。重点是开发简单、易于使用的设备在几分钟之内对复杂疾病在病人的旁边提供实验室质量的测试,可以与移动应用集成，持续的支持和教育的患者。公司的目标是将基因组,药店和医院变成移动的城堡。 2012年11月,英国政府支持的生物催化剂项目宣布对Q-CANCER项目的主要资助将整合QuantuMDx集团的快速实验室芯片的流程以及开发便携式快速肿瘤分析器。QuantuMDx报告说:“世界上第一个肿瘤分析器,众所周知,将允许医生、护士和药剂师在病人等待时快速识别所有已知类型的癌症。“Q-Cancer设计检测的主要癌症标记包括KRAS, BRAF, TP53, P13KCA, UGT1A1, PTEN, CYP2D6, EGFR, 和 CKIT。 Selventa开创性的发展系统诊断(SysDx),一个新的下一代分子诊断,利用全方位的复杂分子生物信息来生成一个临床相关报告,医生和病人可以使用来做出最佳治疗决策。最近获得专利的SysDx开发利用一系列复杂的生物信息(基因组,外遗传性、转录组、蛋白质组,代谢组,电子医疗记录)来生成一个临床相关的仪表板,医生,病人和研究人员可以用它来决定一个最佳的治疗或分层患者群体。 Selventa SysDx测试由“大数据”分析引擎所驱动,集成，处理并分析从成千上万的病人生物标志物中识别导致疾病的机制的分子信息。这个优越的预测和预后价值在诊断复杂多因素的的自身免疫性疾病和癌症中是需要的。SysDx见解将被以Clarify 的品牌名作为商业化的诊断测试而提供。 TrovaGene开创性的使用transrenal DNA来诊断癌症,肺结核,幽门螺旋杆菌和其他尿液中的分析物。根据该检测,细胞游离核酸源自正常和病变细胞,通过血液循环,穿过肾脏屏障,到尿液中可以检测到transrenal DNA。TrovaGene的专利技术使用尿液样本,可以应用于广泛的测试,包括:产前测试;肿瘤检测和监测;组织移植;传染病;法医身份鉴定;药物开发和生物恐怖主义。该公司计划将这个基于尿液的技术定位为活检和侵入性抽样的替代品。 2013年,TrovaGene推进免费的使用尿液的游离细胞DNA测试，推出基于尿液的癌症测试和大量与研究机构，诊断和制药公司形成合作伙伴关系。然而,公司的收入仍然低于100万美元。TrovaGene预计这些措施将在2014年产生收入。 此外许多传统生命科学公司,包括Life Technologies/Thermo Fisher Scientific, Agilent 和 Illumina公司开始迁移他们的高容量和复杂的技术到临床实验室应用上。 表8 - 4给出了一些分子测试平台,计划在分子测试方面使用新式方法来留下它们的印记。一些是基于小型化和生物芯片技术。其中特别值得注意的是测序平台和质谱——通常用于研究情况的先进的技术。由于大多数分子测试仍然是用于研究模式,新技术和测试的混合提供了一些在分子测试进化的想法。 信息技术应用“apps”也被用于分子测试开发。QIAGEN推出了iPhone和iPad应用程序有着常用实验室缓冲区和解决方案的桌面,以及各种各样的转换和稀释计算器。这个应用程序允许用户观看20多个技术视频教程——自动化,基因表达分析、基因分型,焦磷酸测序等应用区域。iPad应用程序对QIAcube用户表还提供一个附件包裹，包括协议,支持文档和更新。 2012年4月,Illumina公司宣布MyGenome应用程序在IPAD上的可用性,可以在App Store以0.99美元下载。根据Illumina公司:“MyGenome应用是一个激动人心的教育工具,可以使消费者了解我们已经理解人类基因组中的多少变异,并以一个图形格式获取。第一个版本的应用程序提供了一个我们认为的可能成为供医生与病人使用来改进理解和沟通基因数据的临床应用。” Health Discovery集团(Savannah.GA)推出了MelApp,一款有关黑色素瘤的SVM iPhone应用程序。Interleukin Genetics(沃尔瑟姆,MA)提供了内在健康减肥iPhone / iPad的应用程序。 市场分析 DNA分析的临床市场可以被划分为七个主要的部分： l 感染性疾病（第十一章中讨论） l 输血筛查（第十二章中讨论） l 肿瘤 l 遗传疾病 l 药房诊断 l 产前诊断 l 组织分型 本章重点是基因测试,传染病和血液筛检的分子市场测试都包含在各自的章节。 2013年本章讨论的全球市场的基因组分析估计为6.7亿美元。市场将以每年13%的速度增长,2018年将达到12.3亿美元(见表8 - 5)。大约85%的市场是在美国和欧洲。 这个市场估计覆盖市场授权化验和试剂。实验室测试开发,占很大一部分的IVD部分不包含在里面。它是超出了本报告的范围来估计这些内部实验室开发的市场测试。然而,分子分析市场渗透的加大,需求将减少商业化工具的成本和标准化的必要性将会使商业套件更有吸引力,这个尤其适用于小型实验室。 表格8-5 2013-2018年按类型划分的分子测试销售收入，百万美元 肿瘤学 癌症研究的进步推动了血液和尿液中分子肿瘤标记探测的增长。虽然还在入门阶段的早期,这些分子肿瘤标记检测已知的人类基因突变用于诊断常见的癌症基因性疾病与癌症药物治疗的管理。 分子癌症诊断很少有商业化的测试,然而,许多测试推广研究使用,其他为提供的测试服务，更多的正在被开发。不超过20个商业分子检测在临床实验室使用。然而有爆炸数量的癌症分子检测的测试服务。一点一点地,后分子测试正在进入常规癌症管理,特别疑难复杂的案例。 最令人兴奋的未来目标包括作为疾病特定标记的DNA甲基化模式。这个地区的领导者是Epigenomics(德国柏林)。公司在西雅图拥有全资子公司。诊断方面测试产品和服务的合作伙伴包括雅培分子、飞利浦、Sysmex公司，Quest Diagnostics Incorporated, DxS/Qiagen, and ARUP Laboratories, Inc.,Qiagen N.V.为样本准备解决方案和研究产品的合作伙伴。 Epigenomics已经开发出一种叫做MethyLight的技术,有选择地放大体液中突变的DNA甲基化模式而不是正常的甲基化信号,因此可能不需要活检就可以做癌症的早期诊断。 Epigenomics声称,其DNA甲基化技术能够检测几份血浆样品中这些基因的甲基化形式。基于这一原则,Epigenomics开发了结直肠癌和其他癌症的早期检测。Epigenomics的主要产品是Epi proColon,一种获得CE标记的IVD血液检测，用于结直肠癌的基于验证生物标志物mSEPT9(septin 9)的早期检测。测试在2009年11月推出,也被授权给其他IVD公司。 2009年7月,DxS和 Epigenomics AG (德国柏林)交换DNA甲基化分析分析的专利权。这将使公司基于DNA甲基化开发和商业化测试。这是2008年1月签署的合作协议的总结,。Epigenomics 是一个分子诊断公司,专注于为癌症开发新产品。使用DNA甲基化生物标记,公司正在开发的测试旨在在早期症状出现之前诊断癌症。 分子肿瘤学测试的市场(不同于基于组织的组织学分析)正在迅速发展中,由于必须找到早期疾病的检测和治疗选择的非侵入性标记物。 Kalorama估计市场商业的基于血液的癌症分子测试全球是9500万美元,在2007年。因此,一点点地,分子测试进入常规癌症管理,特别是正对疑难杂症。世界市场的基于血液的肿瘤分子测试估计在2013年达到2亿美元,随着年增长率的12%在2018年预计将达到3.6亿美元。这些测试的主要市场在北美和欧洲。日本和世界其他地区的占产品销售的不超过10%。 使用宫颈液体的人乳头状瘤病毒测试将在第13章被论述。商业检测癌症- B和T细胞基因排布研究，针对淋巴瘤、白血病的Bcr / abl,HER2乳腺癌,头部，颈部和宫颈癌的人乳头状瘤病毒,结肠癌,表皮生长因子受体突变和FLT3突变分析的septin。大多数实验室运行内部设计的研究用途和实验室开发的测试以满足医生的需求。 然而有大量的分子测试为癌症的探测服务。Kalorama估计PCR探针试剂销售给临床和研究实验室在2013年全球范围内大约为15亿美元到17亿美元。在从2007年到2013年,实验室开发的分子测试购买的临床实验室试剂每年增加约30%。分子探针,定量PCR测试的荧光染料成本大约5美元每次。全世界大约有1亿实验室开发的测试被执行,基本都在北美和欧洲。然而,验证PCR探针,比如曾经销售ASRs的 Qiagen, Promega, Prodesse, Enzo Biochem and Roche Diagnostics试剂盒等公司,测试平均约20美元每次。因此,在2013年取代这些实验室开发的测试的商业价值大约是20亿美元。 个性化的癌症疗法的分子测试的发展(pharmacodiagnostics， PGx)仍远未完成。每个癌症都有一个独特的基因畸变模式与不同的预后和治疗特点。研究人员已经开始看下一代DNA测序的更深层次的癌症基因的理解。这将作为基础开发更多有效的方法来诊断癌症。 即使对所有这些生物标志物的热情和在欧洲(欧洲药品局)和美国重大举措运转良好来支持他们的验证,他们的常规使用路径仍然是缓慢的。基本上只有几个基因生物标记批准用于常规PGx测试——表皮生长因子受体和相关的基因突变, HER, ALK,和BCR / ABL,这些标记都是用于测试服务 因此,估计市场的药房测试(非肿瘤组织)在2013年是5500万美元。美国和欧洲至少占有85%的市场份额。然而进行简化基因测试的所有的努力使得市场可能每年增长25%到2018年达到1.7亿美元。这慷慨的估计面对着一个警告:PGx测试不容易理解,甚至分子肿瘤学家都需要交流磋商。市场的扩张,将依赖于应用程序的可用性或算法来解释PGx测试结果。 其他PGx测试准入正在慢慢被宣布。KRAS突变(鼠肉瘤2病毒基因相关的Kirsten RNA)已被证明可以区分那些响应anti-EGFR单克隆抗体和那些不响应的病人。这种效应的重要数据在2008年被告知。肿瘤学家,专业团体和监管机构迅速认识到测试的重要性。 这导致主要癌症组织KRAS相关的行动,其中包括美国临床肿瘤学会(ASCO)和美国国家综合癌症网络(NCCN)。临床初步意见由ASCO今年1月出具,组织机构推荐使用KRAS生物标志物来选择合适的患者接受anti-EGFr抗体疗法。 第一个癌症标记获得处方信息的是表皮生长因子受体(EGFr)的基于抗体的疗法包括Amgen’s Vectibix(帕尼单抗)和Imclone’s Erbitux(西妥昔单抗)。处方信息的指示和使用部分的更新,包括基因突变信息,声称不推荐使用这些药物治疗结直肠癌患者的这些突变。此后,KRAS测试的需求增长以及IVD提供商的迅速回应。在几个月内,不少于10 - 15KRAS/表皮生长因子受体测试套件和测试服务被推出。 核苷酸还原酶(RRM1)在非小细胞肺癌(NSCLC)的表达也可能影响个性化吉西他滨为基础的治疗疗法。这和其他测试可以帮助肿瘤学家更多个性化鸡尾酒化疗药物，例如：培美曲塞，吉西他滨,顺铂治疗肺癌。 5 -氟尿嘧啶(5-FU)是许多化疗方案的骨干,广泛用于结肠直肠,头部和颈部以及转移性乳腺癌。5-FU是一种抗代谢物,有严格剂量限值的毒性发生在多达20%的接受药物的病人身上。在过去的20年的研究表明,病人代谢5-FU存在巨大的差异。因此,在治疗癌症方面很难找到一个最佳平衡点达到最大疗效,而且,在同一时间,避免对患者的严重毒性。 多年研究表明CYP2D6少的人的代谢可能更少的受益于它莫西芬治疗。2006年10月,美国食品药品管理局推荐它莫西芬标签的更新以反映cytochrome P450 2D6 (CYP2D6)少的乳腺癌患者的复发风险的增加。这个建议在那个时候是基于很少的研究。更多的临床研究解决CYP2D6基因型和它莫西芬功效之间的关系从那时起一直在发表,主要描述高加索人群的辅助治疗。 不幸的是，研究并没有定论，几项研究符合FDA的建议,但其他研究显示矛盾的结果。但个性化它莫西芬治疗仍然是一个问题。百分之十的女性无法产生它莫西芬有效性必须的酶CYP 2 d6所以需要一个替代治疗。另外35%效用减少所以他们的医生应该考虑高剂量或其他治疗。 放射治疗的原理是导致细胞DNA损伤在一个特定的区域,这样它们可以摧毁自己本身。因为癌细胞繁殖更多的未分化的细胞,他们不太能够像正常细胞那样自我修复放射治疗造成的损害。然而,围绕治疗点附近的一些正常细胞也可能在放疗期间损伤,正是这种损伤导致副作用。 科学家已经知道不同类型的肿瘤对放疗的反应不同,高度辐射敏感的癌细胞如白血病可以被相当低辐射剂量杀死,而黑色素瘤需要如此高的剂量以致于使用放疗在这种情况下是不安全的。 现在,一组来自荷兰,比利时,德国,加拿大的科学家针对放射治疗剂量的患者的遗传特征已经迈出了第一步。他们看着一组对放射疗法高度敏感的病人,来自欧盟赞助的基因通路的照射影响的预测的(GENEPI)研究,集成生物材料和病人数据以及治疗规范。这项研究可能用一个简单的血液测试提供个性化的放射治疗的基础,医生可以为一个特定的病人选择最佳的辐射剂量。然而,更多的分子测试的研究和连续的新测试也来到了市场。 增加基于血液的肿瘤学测试效用的一个发展预期是检测循环核酸。科学家们发现,肿瘤DNA片段的浓度与疾病的严重程度有关。因此,这种DNA和RNA片段的分析不仅开发出了新的,敏感的，无创性方法来检测早期不同的结肠癌和肺癌等恶性肿瘤,但也有助于监测疾病的发展和评估病人的结果。 表格8-6 一些分子肿瘤标记测试的创新 遗传性疾病 单核苷酸多态性(SNP)分析组织、血液、尿液和唾液的主要技术用于基因突变的遗传疾病。单核苷酸多态性是DNA序列的变异，当一个基因组序列中的单核苷酸(a、T、C、G)改变时发生。许多单核苷酸多态性对细胞的功能没有影响,但科学家们相信其中有些可以使人们更容易患上疾病或影响他们对药物的反应。尽管超过99%的人类DNA序列是相同的,DNA序列的变化可以对人类如何应对疾病产生重大影响;环境因素如细菌,病毒,毒素和化学品;药物和其他治疗方法。这使得SNPs对生物医学研究和开发药品或医疗诊断很有帮助。单核苷酸多态性也进化稳定，每代之间并不改变多少使得它们更容易跟随人口研究。 大约30000个人类基因组的基因估计其中5%有诊断意义,1500个基于基因的测试的最终商业化可以预期。这是一个巨大的市场机会，将重振分子检测遗传性疾病包括自身免疫性疾病、糖尿病、精神疾病、神经系统疾病和心脏疾病的市场。 分子检测遗传性疾病涉及两个市场——血栓形成倾向的分子测试和疾病的基因测试，如表8-7所示。
表格8-7 经常被要求的基因测试 心脏疾病连续体研究已经指出极度凝血障碍在基因进化中越来越重要作用。越来越多的证据的收集说明促凝遗传和溶解血栓的标记在评估心血管疾病的风险中的使用。除了传统的凝血级联因素，几个相关的分子标记已经变得更重要了。这些测试包括血栓形成倾向分子检测的因素V Leiden、二因子凝血酶原和MTHFR 药房抗凝剂量的测试。 血栓形成倾向标记已建立了可治疗的疾病的明确联系并且已经成为各种凝固相关的疾病护理标准的一部分。5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)在叶酸代谢中发挥着关键作用,是正常的同型半胱氨酸代谢的辅助因子。MTHFR突变的个体长患有高同型半胱氨酸血症,一个大大增加冠状动脉心脏病和中风的风险的条件。高同型半胱氨酸血症在怀孕期间可能会导致神经管缺陷,如脊柱裂。 凝血因子V是一个由蛋白C系统规范的血液凝固的因子。因子V Leiden的突变导致血凝过快,是静脉血栓形成的主要遗传原因。二因子凝血酶原,是一个凝血系统的关键蛋白。因子二编码基因的突变表明凝血障碍的风险显著增加。这些情况通常用血液稀释剂来治疗,如香豆素(华法林),导致一些华法林灵敏度的商业测试数量的增加。 这些基因在疾病中的散枝作用比一般实现的要更普遍。一年一千个人里就有一个人发展出深静脉血栓(DVT)或肺栓塞(PE)。这些情况是由于获得和遗传危险因素引起包括:年龄、住院治疗,癌症,手术,怀孕,激素疗法,空中旅行。 血栓形成倾向SNPs -因子V Leiden,因子II凝血酶原,MTHFR -成为分子测试机构的一部分。这组测试的市场预计在2013年达到1.45亿美元,年增长率为2%,在2018年将达到1.6亿美元。 这些测试在欧洲最常被使用，被Behring首次推出(现在西门子的一部分)。在美国,他们一直很难出售。2009年6月的一份来自美国卫生保健研究与质量(AHRQ)机构的报告表示,他们回顾可用的科学文献的表示没有足够的证据可以得出这样的结论,即这两个基因突变基因检测在有血液凝块历史的成人上有助于预防深静脉血栓形成或其他改善患者的结果。 研究人员还表示,他们没有发现至少有一个两个基因突变以及深静脉血栓形成的历史的患者家庭成员的基因检测有什么益处。研究人员得出结论:“虽然基因测试显示了改善治疗和预防疾病的伟大承诺,这份报告清楚地表明,我们需要更多的研究和证据来实现其全部潜力。但是人们可以与他们的医生讨论预防措施来减少他们得血栓的可能性。”这项研究发表在6月17日,2009年出版的《美国医学协会》杂志上。 直到最近,基因检测几乎完全用于大型医院和参考实验室的，他们有自己的资源来开发自己的化验。Hologic,Innogenetics(现在Fujirebio诊断)的一部分,Luminex,GenMark诊断，Qiagen等简化分子测试,使得这些测试可用于中小型实验室。未来进一步说,芯片和生物传感器平台可能从已经确立的PCR和非-PCR放大技术来抢夺市场份额。这些新平台多路复用能力和测序使他们成为检测人群中突变变化的理想对象。 例如, Cepheid and Instrumentation Laboratory发布了CE标志的Xpert HemosIL FII & FV化验(因子II和因子V Leiden)。测试结果在短短三十分钟内用单一GeneXpert盒提供了结果。由Cepheid (Sunnyvale, CA)开发和生产,测试由IL推广,它是Xpert HemosIL FII & FV 化验的全球独家经销商。FDA准入测试是在2009年9月。 2010年4月,GenMark(英国伦敦)收到FDA批准推广eSensor血栓形成倾向风险测试（TRT），在一个测试面板上使用一个血栓形成的多路复用分子诊断检测四个遗传标记因子V Leiden,因子II凝血酶原,MTHFR 677和MTHFR1298。eSensor血栓形成倾向风险测试是用于公司的自动XT-8系统。 其他遗传疾病的分子检测2013年在全球范围内占1000万美元,2018年将增长到3000万美元。这个区域的分子检测还在早期发展阶段,有许多测试作为测试服务提供，公司收集数据用于市场准入的提交。 基因组研究正在打开基因和蛋白质标记测试的可能性的大门，针对许多跟PGx测试不相关的自身免疫性疾病,包括关节炎、胃肠道的疾病,克罗恩氏病和炎症。这个领域的个性化医疗是在开发的早期阶段。关节炎分层的各种标记和治疗反应都被研究过,但许多研究都很小，本质上都可以复测的。他们不提供这些标记的临床效用的准确论证。 关节炎的个性化医疗还有很多障碍,包括不完全了解疾病发病机理,影响医生行为的变化,医疗保险公司的接受成本。尽管有这些障碍,但也不是很不同于其他疾病管理的新途径,未来关节炎的个性化医疗有很多理由可以乐观。有非凡的基因组学,蛋白质组学,大量数据的统计分析来支持PMx关节炎的测试。 全世界大约有3.5亿人患有关节炎。美国超过4000万人受关节炎的影响,其中包括超过四分之一的数百万儿童。超过一半的关节炎患者是65岁以下。 类风湿性关节炎(关节炎),是最严重的关节炎,是一种影响全世界约1000万人的疾病。这是一种可致人衰弱,高度可变,影响了约200万美国人和欧洲250多万人的慢性疾病。关节炎的主要症状是关节发炎，疼痛,和疲劳,经常导致关节损伤和残疾。 关节炎是一种全身性疾病,可以极大地损害身体的其他部位，导致感染,骨质疏松和心血管疾病，是关节炎患者死亡的主要原因。类风湿性关节炎(RA)是一种抑制性的关节炎,如果不及时治疗,会导致70%的患者2年内自症状出现起发展成不可逆转的关节损伤。 因此早期和准确的关节炎分层,随后频繁监测和响应式治疗的调整,对改善临床结果至关重要。然而,对一个初级保健医生来说诊断是很困难的,因为关节疼痛症状也是其他疾病常见的症状。 医生通常结合使用临床评估、x射线和实验室测试,以帮助确定结构性破坏风险的发展。血清学的因素包括类风湿因子(RF),anti-CCP抗体和升高基线的红细胞沉降率(ESR)、c反应蛋白(CRP)水平,都与疾病进程相关。这些测试都不提供病人的具体信息 尽管类风湿性关节炎的治疗在过去的10年中有重大发展,许多患者仍对治疗只有部分反应，真正的缓解是很少实现。关节炎PGx测试的一个主要目标是在治疗开始之前预测关节炎的治疗反应,为了优化病人护理,减少不利影响的风险或关节损伤以及积极影响整体健康后遗症。 也有越来越多的证据表明,早期类风湿性关节炎的积极治疗会带来改善的结果,因此用治疗效果的标记跟踪病人的状态是至关重要的。 风湿性关节炎的发展不会在一夜之间发生,包括多种因素,在不同的患者身上会有不同发展度。因此,PGx测试,可以具体确定最需要治疗的患者,也表明你的药物是如何工作,将是一个理想的类风湿性关节炎的管理方法。 计划正在由美国风湿病学院(ACR)和欧洲风湿病联盟(EULAR)实施来建立疾病活动的量化的客观指标来协助常规临床实践和临床试验结果的衡量。 任何类型的关节炎都无法治愈。治疗方案取决于关节炎的类型和旨在减少关节炎症,这可以减少疼痛。这始于OTC出售的止痛剂如对乙酰氨基酚、布洛芬和萘普生。 在最严重的情况下针对一系列目标,包括 anti-TNF-? 介质(英夫利昔单抗,依那西普和adalimumab), 针对IL1疗法(阿那白滞素)针对CTLA4的T细胞调制器(阿巴西普)和针对CD20的单克隆抗体,作为b细胞调制器(利妥昔单抗)。 正在开发中的靶向药物包括:anti-IL6(tocilizumab)和anti-TNF-?(golimumab certolizumab),以及其他针对CD20的介质(ocrelizumab ofatumumab和tru - 015)，药物针对RA炎症级联内的其他途径包括淋巴毒素途径(baminercept),针对BAFF, BLyS and APRIL的b细胞活化途径(briobacept,belimumab和atacicept)和一些细胞内激酶通路,包括JAK-3和Syk。 这些新兴疗法提供了巨大的希望和挑战。他们可能会很昂贵,不均匀有效。需要识别治疗反应的生物标记物和针对各种介质的特定毒性，将极大地增强我们定制RA病人治疗的能力。 许多胃肠道疾病包括肠易激病(IBD)和 Crohn病都是自身免疫性疾病,可以引起消化或胃肠道炎症。 Crohn病是最常见的肠易激疾病。这种疾病的症状包括腹泻、腹痛、发热和直肠出血。 Crohn病的患者可能需要长期医疗护理,包括多次住院,手术和治疗。临床上疾病可能很难管理，并且消耗大量的医疗资源，包括医生时间,过程和药物。 Crohn病估计影响北美400000 - 600000个人。 据估计,多达20%的美国和欧洲的成年人有炎症性肠病的症状,使其成为医生诊断最常见的一种疾病。它发生在女性身上比男性要多,在大约50%的人35岁之前发病。 这些疾病无法治愈，但有缓解症状的治疗方法,包括饮食方面的调整,药物治疗和心理干预。 一些治疗,其中包括TNF-?等单克隆抗体可以减少这些严重的慢性炎症性肠病以及Crohn病的症状。研究开始发现Crohn病的遗传组成部分,这是形成新兴IBDs的PMx检测的基础。 多种遗传和环境因素都可能导致Crohn病。尽管研究人员正在研究可能导致这个复杂的疾病的风险因素,许多这些因素仍然未知。研究表明,Crohn病可能来源于某些基因变异,免疫系统的变化,并且有消化道细菌存在的结合。 应对anti-TNF介质的基因变异的检查包括:HLA-DRB1等位基因，TNF-?; lymphotoxin-? (LTA); IL10; TGFB1; IL1 受体拮抗剂(IL1RN);肿瘤坏死因子受体(TNFRSF1A和TNFRSF1B);Fc受体(FCGR2A,FCGR3A和FCGR3B)。最深入研究的遗传因素,HLA-DRB1共享抗原决定基,与疾病易感性和严重程度相关。 最大的精神疾病的基因研究目前为止发表在2013年3月《柳叶刀》杂志上。精神病基因组联盟(www.med.unc.edu/pgc),由19个国家的研究人员合作,分析了超过61000人的基因组,其中一些人有五个精神紊乱疾病而和=一些没有。研究报道,五大精神紊乱也许不太相似,但是他们有共同的一些基于基因的风险。这些紊乱包括——自闭症,注意力缺乏症，多动症,双相情感障碍,重度抑郁症和精神分裂症——被认为是截然不同的问题。但研究发现四个区域的基因代码的变化与所有五个紊乱疾病相关。 来源：德传投资 作者：德传伏超翻译 |
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