創新為新冠肺炎疫情防控提供有力科技支撐

潘鋒

新型冠狀病毒肺炎（以下簡稱“新冠肺炎”）疫情發生以來，全國科技戰線積極響應黨中央號召在臨床救治和藥物、疫苗研發檢測技術和產品等五大方向開展科技攻關，來自全國的跨學科、跨領域科研團隊在科研、臨床、防控一線相互協同，產、學、研緊密配合，在不長的時間內取得了多項積極進展，為疫情防控提供了有力科技支撐。生物芯片北京國家工程研究中心僅用一周時間便研發出“六項呼吸道病毒核酸檢測試劑盒”，為新冠肺炎排查，實現對患者精準診療提供了有力科技支撐。2020年全國兩會前夕，全國人大代表、中國工程院院士、生物芯片北京國家工程研究中心主任程京教授，就有關問題通過網絡做出回應。

精準治療需要精準診斷

程京代表介紹說，新冠肺炎疫情暴發以來國家衛健委每天都要公布全國各地新增確診病例、疑似病例等數據，疫情期間特別是在疫情初期有兩件事一定要做：一是面對新發的數量巨大的疑似病例，需要迅速鑒定清楚“到底誰是誰”。2020年1月底國家藥監局通過應急審批通道受理和批準第一批新冠病毒診斷試劑，但這批試劑僅可以做新冠肺炎病毒一個指標檢測。冬春之交是呼吸道類疾病高發季節，發燒咳嗽的患者多，如果僅用一個病毒指標指導臨床治療只能區分正常人和新冠病毒感染者，很難排除新冠肺炎以外的其他病毒感染問題。如果無法做到鑒別診斷和有效排查，這些患者如何治療？回家還是住院？在醫療資源空前緊張的情況下將給醫院、醫生、患者和家屬帶來擔憂和恐慌。

二是定點醫院每天面臨眾多患者需要確診，新冠病毒檢測排查不僅要求檢測病原體的數目要多而且還要非常快，分析速度一定要快。呼吸道疾病可由多種病毒或細菌感染引起，感染原因多種多樣，快速診斷排查可避免人群的交叉感染，因此應對疫情蔓延和加強疫情防控需要迅速組織開展多病毒指標的檢測排查，第二批診斷試劑就應考慮能同時檢測多個呼吸道病原體。

“臨床救治需要實施精準醫療，正確的臨床治療始終無法替代精準診斷，疫情下精準治療的前提是快速的精準診斷。”程京代表說。

自2019年12月底武漢出現不明原因肺炎開始，程京教授就一直關注著疫情的走向。春節前程京就有所預感，“不行，我們等不了了，估計可能又和2003年非典那時一樣……。”程京迅速提前進行部署，組建團隊就“如何更加快速便捷地檢測新型冠狀病毒”開展攻關，程京與核心團隊一起吃住在生物芯片北京國家工程研究中心（博奧生物），爭分奪秒全力研發新型冠狀病毒檢測芯片和儀器。

2020年1月29日，程京教授接到北京大學教授、美國科學院院士謝曉亮教授的電話，謝曉亮告訴程京他的團隊用一種新方法對新型冠狀病毒的RNA（核糖核酸）進行了測序，研究結果發表在《美國科學院院刊》上，而此時北京市政府也正在迫切希望找到一種快速便捷的新型病毒檢測方法。與17年前非典相比，面對此次突發疫情程京和他的團隊更加主動，更加胸有成竹。程京告訴謝曉亮目前相關的研究已有眉目，接下來就是生產申報和臨床試驗，兩人還詳細討論了團隊技術和生產能力等問題。

同樣是在2019年12月底，當生物芯片北京國家工程研究中心開發的的呼吸道病毒檢測芯片接近成熟時，正在武漢的鐘南山院士通過電話向程京講述了武漢令人擔憂的情況。新冠肺炎與流感癥狀相似，CT影像學檢查也大同小異，武漢的許多醫院沒有進行核酸檢測，僅通過臨床診斷就將患者直接確診為新型冠狀病毒感染，但這其中很可能會有普通流感患者被誤診。鐘南山院士認為，冬春季節流感造成的肺炎本來就多，如果不能有效區分很多流感患者有可能混在新冠肺炎中并將給后續隔離、治療等工作帶來諸多問題，因此如何能在很短時間內鑒別診斷新冠病毒和流感等就顯得尤為重要，而當時已有檢測方法只能檢測一種新冠病毒，無法做到鑒別診斷。

程京代表介紹，2020年初生物芯片北京國家工程研究中心團隊已經基本完成了19種呼吸道常見病毒的基因芯片的研制開發，在與鐘南山院士、李蘭娟院士商量后，研究團隊從已接近成熟的呼吸道病毒檢測芯片上撤下原定的19種呼吸道病毒中的一種較為罕見的病毒，替換上了新型冠狀病毒（2019-nCoV）。為快速達到審批要求的臨床試驗樣本量以便盡快通過國家藥監局審批用于臨床，幾經商討最終將芯片檢測的病毒的數量由19種減少至6種，包括新型冠狀病毒（2019-nCoV）、乙型流感病毒、甲型流感病毒、新型甲型H1N1流感病毒（2009）、呼吸道合胞病毒、甲型H3N2流感病毒。

“芯片從研發到臨床試驗再到項目報批，鐘南山院士關心詢問的電話就沒斷過。”程京教授說。

多病毒檢測芯片問世

程京代表介紹，依托在病原微生物精準診斷領域的豐富經驗和技術積累，博奧生物響應國家號召，組織骨干力量投入到抗擊疫情的戰役中，僅用短短一周時間便開發出全球唯一一款呼吸道多病毒核酸檢測芯片試劑盒。

2月22日，在國家衛健委高級別專家組組長、中國工程院院士鐘南山和國家衛健委高級別專家組成員、中國工程院院士李蘭娟的指導下，由博奧生物聯合清華大學、四川大學華西醫院共同設計開發的“六項呼吸道病毒核酸檢測試劑盒（恒溫擴增芯片法）”獲國家藥監局應急醫療器械審批批準，可正式進入臨床使用，芯片檢測試劑盒日產量也提升到24 000片。生物芯片北京國家工程研究中心積極響應清華大學號召緊急支援全國各大醫院尤其是武漢等疫情嚴重地區，第一時間向武漢捐贈12 000人份的六項呼吸道病毒核酸檢測試劑盒，為眾多患者及一線醫務人員提供快速、精準、有效診斷，為決勝武漢及湖北“保衛戰”爭取了寶貴的時間和資源。目前六項呼吸道病毒核酸檢測試劑盒已在全國多地廣泛使用，為筑牢疫情防控線提供了有力的科技支撐。

3月26日，六項呼吸道病毒核酸檢測試劑盒獲CE-IVD認證，歐盟CE認證表明該芯片檢測試劑盒符合歐盟醫療器械相關指令的符合性要求，具備歐盟市場的準入條件，將為歐洲地區的新冠疫情防控工作提供強有力的高效檢測工具。

程京代表介紹，獲國家藥監局審批上市的基于恒溫擴增芯片技術的六項呼吸道病毒核酸檢測試劑盒，一次能對6種呼吸道病毒進行快速檢測，屬全球首創，與原有的核酸檢測相比有三個突出優勢：

一是能夠對包括新冠病毒在內的六種呼吸道常見病毒同時進行檢測，且只需采集受檢者的鼻、咽拭子等分泌物樣本，而此前批準進入臨床的新冠病毒核酸檢測產品均為只能針對新冠病毒單一指標的RT-PCR檢測。

二是檢測速度更快，只需要1.5小時就完成所有檢測，確認新冠病毒的速度較其它已獲批產品快一倍，一套儀器一次就可以同時檢測16人份的樣品，并且這一全新的生物芯片在技術、生產層面都已成熟。

三是在臨床應用方面可以非常好地幫助臨床醫務人員做鑒別診斷，迅速區分哪些人是新冠病毒感染，哪些患者是其他病毒感染，區分合并感染和交叉感染等不同情況，排查引起相似癥狀的如流感等其它病毒感染，大幅降低疑似病例數量，實現對患者的精準診斷和精準治療，助力疫情防控。

此外，針對此次疫情生物芯片國家工程研究中心牽頭開發了“COVID-19病毒感染病患信息采集系統”，這套系統可以幫助醫生全面采集患者整個疾病治療過程中的基本情況、疾病癥狀、中醫四診、體格檢查，合并疾病、治療等相關信息，系統還同步搭建了數據分析平臺，建立了基于眼象、舌象、問診等自動辨識證候的模型，實現證候辨識的智能化。

程京代表說，從2003年SARS至今17年來，不論在是基礎研究還是在應用研發國家都給予了大量的支持，在生命科學領域我國科學家也取得了很大的進步。2003年當時博奧生物專門針對SARS冠狀病毒研發的檢測芯片，一臺儀器一次只能檢測一個樣品，檢測一個樣品需要5個小時的時間。但在17年后的今天當人類再遇到新冠肺炎疫情時情況就完全不一樣了，來自武漢的新冠肺炎患者樣品送到博奧醫學檢驗所后使用自主研發的國產二代測序系統MAPMI，兩天之內就得到了分析報告。針對突如其來的新型冠狀病毒感染肺炎疫情，為提高新冠病毒檢測、排查和診斷治療效率，繼2003年生物芯片北京國家工程研究中心團隊成功研制出中國首張專門用于SARS病毒檢測的基因芯片之后，此次團隊戰“疫”再出征，在多年來強大技術儲備和人才儲備的基礎上，僅用極短的時間便創新研發出了六項呼吸道病毒核酸檢測試劑盒。

“隨著國力的增強和國家技術儲備的更加雄厚，面對新冠肺炎這樣的重大突發公共衛生事件，只要不慌不亂沉著冷靜地去應對就沒有什么克服不了的困難。”程京代表說。

前瞻布局提升防控能力

程京代表說，隨著疫情防控的深入各地對不同人群的新冠病毒核酸檢測量需求越來越多，但大量的檢測需求僅靠大中型醫院檢驗科是很難及時完成的，如何提高檢測效率北京在非典時期積累了非常好的經驗。那時北京指定了43家醫院或檢測機構，把非典疑似者的樣品全部集中送檢，而不是每一家醫院“作坊式”的分散檢測，由第三方檢驗機構開展專業化工業化檢測收到了事半功倍的效果，這個好的經驗千萬別丟了。中醫藥2000多年來在應對各種疫情方面發揮了重要的作用，依據中醫“治未病”的理念和思路北京應該考慮在應對大規模突發公共衛生事件方面提前布局，防患于未然。春節以后特別是隨著全國疫情得到有效控制，各地將陸續復工復產和復課復學，預計北京將有800多萬人返崗工作，疫情防控外防輸入內防反彈壓力的壓力依然巨大，北京作為首都確保安全是一項十分重要的任務。

程京代表建議，北京要提前考量，提前布局建設一個大型甚至是超大型的集中樣品診斷（檢測）第三方機構，由工業界來完成大量的新冠病毒核酸檢測工作。這樣即使出現大面積疫情暴發也可以做到心里不慌，樣品可以集中送檢，不會讓患者和醫生全部依賴醫院。就新冠肺炎核酸檢測和CT診療這一問題，程京代表認為，首先，疫情時期沒有哪個“武器”可以包打天下，要科學合理地組合利用現有的技術手段;第二，中國今天不缺技術但缺少懂行的管理者，政策制定要多聽取科學家的意見;第三，要對一線核酸采樣護士和人員進行必要的培訓和考試，以保證按要求獲得高質量的樣品。

程京代表介紹，針對此次疫情中出現的醫務人員感染、核酸檢測假陰性、報告結果等待時間長等問題，博奧生物聯合清華大學已自主研發完成了一套可在傳染病防控基層現場開展應用的全集成微流控核酸檢測芯片系統。該系統從加入原始樣品到出結果只需1小時左右的時間，可真正實現芯片實驗室“樣本入，結果出”的終極目標，有效降低人員操作造成的結果誤差，保證結果的準確性，同時降低一線檢測人員被感染的風險，有效保護檢測人員和醫務人員的安全。

另外，博奧生物還聯合清華大學設計開發的全自動便攜式微流控生化分析系統、糖脂三項檢測試劑盒，讓醫生在病床邊即可通過采集患者一滴指尖血，在20分鐘內實現血糖、三酰甘油、總膽固醇、腎功、肝功等全套指標的快速準確檢測，無需將樣品送到檢驗科。通過無線傳輸技術可遠程將檢測數據同步到智能手機終端或云端服務器，實現對患者歷史數據的追蹤查詢、數據云端存儲與分析管理，為醫生診斷提供實時、準確、動態的個人健康大數據。疫情期間醫護人員穿戴防護面具造成操作不變，這一便攜式設計非常便于緊急情況下的床旁救治，進一步減少了需要抽血化驗等操作。

程京代表認為，中醫藥在治療急性傳染病方面具有豐富的經驗和獨特的優勢，應對本次疫情中醫藥同樣也發揮了重要作用，有很大的借鑒意義。在我國當前西醫為主導的醫療體制中，如何建立順暢高效的中西醫結合診療模式，充分發揮中醫藥的優勢和作用，加強中醫標準化、工程化相關研究及成果應用是目前面臨的關鍵問題。程京代表介紹，根據中醫望診理論生物芯片國家工程研究中心自主研發了白睛無影成像健康智能分析系統，又稱目診儀或白睛無影照相機，該系統采用人工智能AI技術和無影成像光學技術，對眼象進行高清采集、特征提取和綜合分析，是中醫診療提供智能化“影像學”檢測工具。系統可以準確提取人眼白睛圖像的形態特征并進行大數據對比分析，提示健康風險，為臨床醫療提供輔助診斷依據。目前該系統已實現設備便攜化，通過手機配合APP就能隨時隨地采集眼象、舌象等信息，形成互補性極強的中醫健康大數據，實現健康狀況的動態監控和分析記錄，助力推動中醫診療向客觀化、標準化、數字化和科學化方向發展。

程京代表建議，應對未來可能爆發的新發突發傳染病重大疫情，國家應構建從各省、直轄市、自治區、兵團到各市、縣全覆蓋的疫情自動監控報告體系，通過大數據和新型傳染源檢測技術相結合，實現網絡化、實時化、自動化的疫情監控預警救治和院后報告。保證“兩個一”，即一手數據聯網、第一時間上報，從源頭上杜絕瞞報遲報，保證決策層隨時掌握疫情的發展狀況直至疫情結束，形成不留一處死角的智慧疫情監控“天網”，從容不迫及時采取有效防控措施，最大程度地減少疫情帶來的損失。將開發的針對已知和未知病原微生物的芯片檢測系統全面布局醫院、第三方獨立醫學檢驗機構等數據采集終端，提供標準的檢測數據傳輸和共享接口，來自一線的診斷數據通過5G網絡傳輸到“天網”系統，實現數據和信息自動上傳共享及大數據服務支撐，“天網”系統將支持政府、疾控中心等部門全方位實時監測病原體感染并進行大數據采集、分析和綜合服務。

程京代表表示，未來生物芯片北京國家工程研究中心將持續貫徹習近平總書記的重要指示精神，堅持自主創新，立足于健康事業，不斷推出多種新型醫療健康技術產品和服務，積極落實各地衛生主管部門和醫療機構的廣泛需求，持續為公共衛生應急和廣大人民群眾的生命安全、身體健康保駕護航。

專家簡介

程京，中國工程院院士，教授，博士生導師。現任清華大學生物醫學工程系講席教授、生物芯片北京國家工程研究中心主任、博奧生物集團董事長、總裁。長期從事生物芯片研究并在多個領域有重要建樹和創新，主持研制生物芯片類產品及配套儀器共70余項，獲國內外發明專利共237項，曾獲國家技術發明獎二等獎、何梁何利科學與技術創新獎、光華工程科技獎等獎勵。