本文主要介绍了武汉华大智造科技有限公司研发的创新医疗器械“基因测序仪”的临床前研发实验。

 

一、基因测序仪的产品结构及组成

 

基因测序仪由主机、基因测序仪控制软件（主机内嵌集成，版 本号：V1）组成，其中主机包括主体架构、操作系统主机、光学系统、XYZ-平台、芯片平台、气液系统、电子控制系统、试剂存储系统、电源系统、显示系统。

 

二、基因测序仪各模块主要功能

 

主体架构为仪器提供固定支撑；操作系统主机负责仪器控制，数据采集与处理，数据存储功能；光学系统负责测序芯片荧光信号 图像采集；XYZ-平台实现测序芯片扫描需要的运动及自动对焦功能；芯片平台负责测序芯片与管路的连通、芯片的温度控制及调平；气液系统负责为仪器完成生化反应提供必要流体及气体支持；电子控制系统负责仪器电子系统的调度与控制；试剂存储系统提供试剂存 储的环境；电源系统提供仪器运行需要的各种电源；显示系统为实 现用户交互显示的界面；控制软件实现对仪器部件的检测及仪器流 路的清洗和维护的功能，执行不同类型测序流程（任务）、监控仪器 的部件状态及对仪器的配置。

 

三、基因测序仪的产品适用范围

 

该产品采用联合探针锚定聚合测序技术，在临床上用于对来源于人体样本的脱氧核糖核酸（DNA）进行测序，以检测基因序列，这些基因序列变化可能导致疾病或疾病易感性。该仪器在临床上仅限于与食品药品监督管理部门批准的体外诊断试剂以及软件配合使用，不用于人类全基因组的测序或从头测序。

 

四、基因测序仪的工作原理

 

基因测序仪采DNA纳米球（DNA Nanoball，DNB）以及联合探针锚定聚合（Combinatorial Probe Anchor Synthesis，cPAS）测序核心技术，使用一种经过特殊表面修饰的规则阵列芯片，每个修饰位点仅固定一个DNA纳米球，阵列芯片修饰位点的间距均一，可保证不同纳米球的光信号不会互相干扰，从而提高信号处理的准确性。通过仪器液路系统将测序试剂和带有不同发光波长的荧光标记 探针泵入测序芯片流动室，每个DNA纳米球每个测序周期只结合一种荧光标记物，再由激光器激发荧光基团发光，不同荧光基团所发射的光信号被互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)相机采集。之后规则阵列芯片上的光信号经过处理后由随机软件转换成数字信号，传输到计算机进行处理，以获取待测样本的碱基序列信息。

 

五、基因测序仪的产品安全性指标

 

1.基因测序仪安全要求：符合 GB 4793.1-2007、GB 4793.9-2013、YY 0648-2008 和 GB7247.1-2012 的要求；

2.基因测序仪电磁兼容要求：符合 GB/T 18268.1-2010 和 GB/T 18268.26-2010 的要求；

3.基因测序仪环境试验要求：符合 GB/T 14710-2009 中气候环境 试验 I 组，机械环境 I 组的规定。

 

六、基因测序仪的产品性能研究 

 

1.样本类型的验证

 

对如下常见样本类型进行了验证，包括血清、血浆、福尔马林 固定石蜡包埋（FFPE）、单细胞、宫颈脱落细胞。涵盖对人基因组 DNA、细菌与病毒基因组 DNA 的检测。 

 

2.变异检测的研究

 

（1）检测单核苷酸多态性（SNP）和插入缺失（InDel）时，采用基因测序仪对炎黄人类基因组参考DNA进行测序，获取100X深度的原始数据与hg19参考基因组进行比对，然后进行变异检测，将变异结果与标准变异数据库进行一致性分析，数据显示对单核苷酸变异检出准确性为 91.75%；对插入缺失变异检出准确性为 93.93%；

 

（2）检测无义突变、截短型移码突变、2bp 以内剪接突变、起始密码子丢失、多聚 N（poly N）突变、纯合缺失时，采用基因测序仪对炎黄人类基因组参考DNA 进行测序，在6个位点检测中，基因测序仪检测结果与Sanger检测结果一致性100%；同时，在单个或多个外显子缺失/重复类型突变检测中，基因测序仪准确检出已经公开确认的外显子缺失。

 

结论：基因测序仪可以对 SNP、InDel、无义突变、截短型移码 突变、2bp 以内剪接突变、起始密码子丢失、单个或多个外显子缺 失/重复、polyN 突变、纯合缺失的突变类型进行检测。

 

3.测序数据质量控制的研究

 

采用基因测序仪（BGISEQ-50）检测“测序仪性能评价用脱氧核糖核酸国家参考品”，该测序仪的测序通量为 10.3Gb、序列数量为 257M，满足测序通量大于 7.2Gb、序列数量大于160M的企业内部数据质量控制要求。

 

4.准确度的研究

 

（1）采用“测序仪性能评价用脱氧核糖核酸国家参考品”进行检测，每个样本分别检测多次，比对准确性在 99.06%-99.72%范围，准确度结果均符合要求。 

 

（2）采用“基因测序仪准确度企业参考品”进行检测，对同一个参考品检测多次，比对准确性在99.32%-99.46%范围，准确度结果 符合要求。

 

5.精密度的研究

 

（1）采用“测序仪性能评价用脱氧核糖核酸国家参考品”进行检测，精密度结果符合要求。

 

（2）采用“基因测序仪精密度企业参考品”进行检测，对同一个参考品检测多次，变异系数（CV）在0.04%-0.07%范围，精密度结果符合要求。

 

6.检测的上/下限研究

 

（1）插入突变和缺失突变检测的上/下限研究：选取炎黄人类基因组参考 DNA 进行外显子测序，过滤原始数据后与hg19参考序列进行比对和InDel变异检测分析。结果表明：基因测序仪对插入突变检测上限为24bp，下限为1bp；对缺失突变检测上限为 21bp，下限为1bp。

 

（2）突变频率检测的下限研究：FFPE 样本中突变频率越低越难检出，越高越容易检出，因此采用已知 FFPE 样本中的 E746-A750 缺失突变进行检测下限研究。结果表明：基因测序仪对该类缺失的突变频率检测下限为 2%。

 

（3）GC 含量检测的上/下限研究：选取炎黄人类基因组参考DNA进行外显子测序，过滤原始数据后进行与hg19参考序列进行比对，挑选出能与参考序列完全比对上的测序片段。结果表明：基因测序仪对GC含量检测上限为 86%，下限为 10%。

 

（4）PolyN 检测的上/下限研究：选取炎黄人类基因组参考DNA进行外显子测序，过滤原始数据后与hg19参考序列进行比对，挑选出能与参考序列完全比对上的测序片段。结果表明：基因测序仪对PolyN的检测上限为9bp，检测下限为 5bp。

 

7.临床应用项目的研究

 

为评估基因测序仪在临床检测方面的性能，分别挑选了5类具有代表性的项目，其中人基因组DNA检测包括染色体变异 [胎儿染 色体非整倍体（T21、T18、T13）检测项目、胚胎植入前染色体非 整倍体检测项目] 、单核苷酸突变（EGFR/KRAS 基因突变联合检测项目）；病原体基因组 DNA 检测包括病毒鉴定分型 [人乳头瘤病毒 （16、18 型）核酸分型检测项目] 、病毒耐药基因位点（乙型肝炎 拉米夫定 rtL180M 位点突变检测项目），研究内容包括提取方法、临床应用项目企业参考品的符合性、交叉反应物和干扰物质以及临床样本的研究。

 

（1）提取方法的研究 各应用项目分别采用相应的提取方法进行研究，结果表明，研究的提取方法均适合临床项目的应用。（注：提取方法的研究不适用 于胚胎植入前染色体非整倍体检测项目）。

 

（2）企业参考品的符合性研究 各应用项目分别采用各自的企业参考品（包括准确度或阴/阳性 参考品、特异性、重复性、精密度、检测限参考品）进行研究。结 果表明，检测性能符合企业参考品要求。

 

（3）交叉反应物质和干扰物质的研究各应用项目分别验证了常见的不同浓度的交叉反应物质和干扰物质。结果表明，不影响其在基因测序仪（BGISEQ-50）上的正常检出。

 

（4）临床样本的研究各应用项目分别采用具有统计学意义的临床样本进行验证，结果符合要求。

 

8.仪器的局限性

 

（1）基因测序仪（BGISEQ-50）不用于人类全基因组的测序或从头测序。

 

（2）目前该测序仪仅对胎儿染色体非整倍体（T21、T18、T13）检测项目、胚胎植入前染色体非整倍体检测项目、EGFR/KRAS 基 因突变联合检测项目、人乳头瘤病毒（16、18 型）核酸分型检测项 目和乙型肝炎拉米夫定 rtL180M 位点突变检测项目的性能进行了研究。但该仪器作为通用测序平台，可进一步在其上开发其他临床检测项目，这些项目与之配套使用时需进行全面评价，对应的体外诊断试剂和软件须得到食品药品监督管理部门批准。

 

七、基因测序仪的产品有效期和包装研究

 

 武汉华大智造提供了有效期的验证报告，验证试验为加速老化试验，包括产品稳定性和包装完整性。根据有效期影响因素表，从合理可预见的最严格的应用场景出发，对使用该产品的影响因素进行寿命评估及测试，为保证使用者的安全和临床应用中检测的准确性，确定该产品有效期为7年。包装经环境试验验证，符合运输和贮存要求。

 

八、基因测序仪的软件研究

 

该产品按照《医疗器械软件注册技术审查指导原则》的要求，提交了软件描述文档和软件版本命名规则声明。软件完整版本号由四部分组成，软件版本命名规则遵循风险从高原则，即不能区分重大软件更新和轻微软件更新则按照重大软件 更新处理，不能区分增强类软件更新和纠正类软件更新则按照增强类软件更新处理。

 

武汉华大智造提交的软件描述文档符合要求。

 

来源：嘉峪检测网

关键词： 创新医疗器械 基因测序仪