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数字PCR在COVID-19大流行中的应用

2021/1/24 14:59:43 浏览次数:592

2019年12月爆发了一种由新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的传染病,即2019冠状病毒病(COVID-19)。SARS-CoV-2的传染性强,导致COVID-19迅速席卷全球,引发全球大流行,对人类的健康和生活造成严重威胁。为了控制疫情以及为患者提供及时的治疗,准确、快速的诊断出COVID-19感染者是非常重要的。与此同时,针对这种新型传染病进行深入的研究、加深认识对于制定这场大流行的应对战略也至关重要。



作为一种高灵敏、高精度的核酸定量分析技术,数字PCR在COVID-19的相关研究中扮演了重要的角色。中国清华大学生物医学工程系郭永课题组针对基于数字PCR的COVID-19相关研究进行了综述,在该综述中对数字PCR的技术原理和优势进行介绍,回顾数字PCR在COVID-19大流行中的应用,并对数字PCR在COVID-19疫情与相关临床应用中的改进和发展方向提出见解。相关综述在线发表在VIEW期刊(DOI: 10.1002/VIW.20200082)。


数字PCR的原理是将传统PCR的反应空间离散为以微液滴为代表的众多的、微小的反应空间,通过对微液滴内反应结果的检测和基于泊松分布模型的统计分析反映整个体系的原始模板拷贝数。基于这种核酸定量检测原理,数字PCR能够实现不依赖标准曲线的绝对定量,同时具有更高的灵敏度、精度和抑制剂耐受性。


数字PCR的技术优势在SARS-CoV-2的核酸检测中得到了完整的体现,在低拷贝病毒样本检测、不同临床样本类型病毒载量定量、样本制备方法评估、病情进展动态监测、参考品制备、环境中病毒浓度监测、病毒突变检测和抗病毒药物评价多个方面均有重要作用:

1)在低拷贝病毒样本检测中,数字PCR相比COVID-19诊断金标准逆转录荧光定量PCR(RT-qPCR)具有更低的检测限和更高的灵敏度。

2)针对不同类型的COVID-19临床样本(如鼻咽拭子、痰液、血液、尿液、粪便、支气管肺泡灌洗液等),使用数字PCR能够有效评估各个类型样本的病毒载量,尽可能选择病毒载量最多的样本以提高检出率。

3)在样本制备方法评估中,利用数字PCR定量不同灭活方法处理前后样本中的病毒量,能够明确处理方法对样本的影响,从而为临床实验室提示最佳样本制备方法。

4)研究人员利用数字PCR定量患者不同时期的样本中的病毒载量,发现在早期和进展期的病毒载量明显高于恢复期的病毒载量,提示动态监测样本中的病毒载量有助于评估疾病的进展。

5)在SARS-CoV-2核酸参考品制备中,数字PCR能够对核酸进行精确的定量,能够提高世界各国SARS-CoV-2核酸测量结果的一致性和准确性。

6)数字PCR能够灵敏检测与定量环境中的病毒RNA浓度,包括从不同环境中取样的样本(如公共区域、病房、医院卫生间、实验室操作员手套、废水等等)。

7)在实验室样品与临床样品病毒突变检测中,数字PCR适合用于已知的SARS-CoV-2遗传变异检测,特别是对于一些低频突变。

8)在抗病毒药物的研发过程中,病毒载量的变化是评估药物有效性的重要指标,借由数字PCR提供的绝对定量结果,能够给出更具说服力和准确的评价结果。


虽然数字PCR的优势与临床应用前景已在许多研究中得到确认,但想要进一步在临床广泛应用,数字PCR需要针对以下几个方面进行升级:商用数字PCR系统需要进一步提升样本检测通量以充分满足COVID-19普筛的需求;需要制定国家或行业统一标准;需要产业界进一步降低设备成本;基于数字PCR的新冠检测试剂盒需要经过严格多中心评价,并获得NMPA、FDA、CE等监管机构的认证。随着科研和产业的持续研发和投入,未来数字PCR将在实验室或医院得到更多的应用,用于解决科研和临床问题,提供更准确的诊断结果。数字PCR有望成为下一代分子诊断的核心技术。

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