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程京:中国“芯”铸就抗疫利器

中华英才 作者:朱军 陈亮 2020-06-08 18:58

核心提示: 生命安全和生物安全领域的重大科技成果也是国之重器,疫病防控和公共卫生应急体系是国家战略体系的重要组成部分

2019年12月30日,北京博奥医学检验所检出一种新型冠状病毒,样本来自武汉。

一场战“疫”的警报就此拉响。

每天不断上升的数字牵动着全国14亿人民的心,新型冠状病毒肺炎疫情在国内迅速蔓延。

这一幕不禁让人回想起17年前。

2002年12月,一种未知病毒感染的肺炎在广州出现并蔓延,在全球至少夺去774人的生命,大家称这种肺炎为“非典型肺炎”。经过7天夜以继日的奋战,中国第一张专门用于SARS病毒检测的基因芯片在程京及其团队的努力下研制成功。当年担任全国防治非典型肺炎指挥部科技攻关组副组长的陈竺院士曾评价道:在为北京所有非典指定医院所提供的检测结果中,程京团队的基因芯片结果是最准确的。生物芯片因“非典”一战成名。

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博奥生物向武汉捐赠最新研发的核酸检测芯片试剂盒

历史总是惊人的相似。

2019年12月,一种新型冠状病毒在几乎同样的月份,通过看似相似的传播方式,扩散开来,发病症状、传播方式……两种病毒都有太多的相似性。这一次,发生在武汉。

凭借近20年的技术积淀,程京带领着博奥人用硬核技术实力速战速决,再次打了漂亮的一仗:“这次的芯片要比17年前的那枚,强大得多。”芯片的创造者程京院士说。

时隔17年,再次战“疫”

当年SARS爆发的时候,博奥刚刚成立两年多。看着新闻里每天不断上升新增的病例数,程京心里很是着急,“我是做分子检测的,总得做点什么。”直到有一天,程京看到“科研人员成功破译SARS病毒基因序列”的消息时, 他“啪”的一拍桌子,喊道:“兄弟们,咱们有活儿干了!” 

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程京(右二)与SARS病毒检测基因芯片项目组部分成员

程京随即启动了SARS病毒检测基因芯片研发项目。在疫情最严重的时候,程京和同事们四处奔波,取样、检测、做标本,经历一周的苦战,2003年4月26日凌晨1时43分,中国首枚专门用于SARS病毒检测的基因芯片研制成功。没来得及庆祝,程京和同事们马上带着基因芯片投身SARS疑似患者的检测与甄别中。不到一周时间,就检测和分析了400多例临床样本。

17年后,病毒又来了。

和17年前相比,程京和团队出击得更加迅速、主动。自去年12月底,北京博奥医学检验所检出第一例来自武汉的新型冠状病毒样本后,又陆续检出江西等地阳性病例。

“不行,我们等不了了,估计又和非典那时一样。”程京在第一时间成立了疫情应急处置工作组,全面调动优势力量,迅速部署北京、成都、东莞三地检验所启动紧急备战状态,检验团队24小时待命,检测样本随到随检,7×24小时全时响应,面向全国接收检测样本,确保以最快速度出具病原体检测报告。

与此同时,一场没有硝烟的科研攻坚战就此打响,从攻关开始他便与核心团队一起吃住在生物芯片北京国家工程研究中心,争分夺秒,全力研发新型冠状病毒检测芯片和仪器。

又是一个星期,程京拿出了成果。“这其中包括因为春节期间物流停滞、等待合作供应商复工等造成的时间延误,扣除这些时间,我们真正的有效研发时间仅有三四天。”程京的语气看似风轻云淡,有了17年前的经验、17年的沉淀积累,再次战“疫”,让他信心百倍。

一个来自老前辈的电话

程京接到一个电话,是钟南山院士打来的,为的是病毒检测。通讯记录显示,时间是2020年1月31日上午10点51分。

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程京院士(右二)与研发团队一起

早在2016年,程京带领团队研发的八项呼吸道病原菌核酸检测芯片试剂盒,经过国家药监局批准,在钟南山院士所在的广州医科大学附属第一医院、李兰娟院士所在的浙江大学附属第一医院等多家医院投入使用,用于鉴别病原菌引起的下呼吸道感染。临床应用后,两位院士都表示:“程京的芯片又快又准”。他们希望能进一步研发出可以检测呼吸道常见病毒的芯片,并给程京开出了“清单”。

2019年底,呼吸道病毒检测芯片的开发趋近成熟时,新冠疫情来袭。

打电话的时候,钟南山院士正在武汉。在电话中,他向程京描述武汉的情况。大量发热病人涌向医院,等待确诊的病人很多,有些医院没有进行核酸检测,仅通过临床诊断,就将病人直接确诊为新型冠状病毒感染。“也许这其中有普通流感患者。”两个人想到了一起。

冬春时节流感造成的肺炎本来就多,因为两者症状相似,CT影像结果也大同小异,如果不能有效区分,就很有可能混在新冠肺炎中。钟南山的担忧也正是程京所担忧的,临床急需能够在短时间内鉴别诊断出新型冠状病毒和其他流感等病毒的技术手段,这对疫情的控制和患者的救治非常重要。“当时现有的检测手段仅能检测新冠这一种病毒。”程京说。

为了应对疫情,程京从接近成熟的芯片上撤下一种较罕见病毒,替换上新型冠状病毒(SARS-CoV-2)。疫情发展迅猛,为了快速达到审批要求的临床试验样本量,尽快通过国家药监局的审批应用于临床,程京与钟南山、李兰娟两位院士经过反复研究,最终将检测指标锁定为临床最急需的6种:新型冠状病毒(SARS-CoV-2)、甲型流感病毒、新型甲型H1N1流感病毒(2009)、甲型H3N2流感病毒、乙型流感病毒、呼吸道合胞病毒。

“芯片从研发到临床试验,再到项目报批,钟南山院士关切的电话就没断过。”程京说。

齐心协力,为了共同的目标

“疫情再紧急,审批的程序不能减少、精度不能降低。”程京说,临床试验时,通常只需三家医院协助,程京找了四家。最终临床试验在四川大学华西医院、广州医科大学附属第一医院、北京佑安医院、西南医科大学附属医院4家完成。

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北京博奥医学检验所援鄂医疗队在武汉开展工作

临床试验得到了各方的大力支持。“当时北京市委、市政府给予了非常大的帮助,紧急协调北京新冠肺炎定点医院北京佑安医院协助临床试验。”程京说。由于医院空间限制还不具备开展新型冠状病毒检测芯片临床试验的条件,北京佑安医院院长金荣华亲自协调场地,紧急搭建临床试验所需的实验室,从购买材料到选场地,搭建两间“方舱”临床实验室,完成设备安装调试,所需的安全防护用具到位,开始临床试验,前后仅用了16个小时。 

“医院的检验科都承担着繁重的新冠肺炎患者检验任务,大家都是千方百计挤时间帮我们想办法。”谈到这些,程京十分感动也充满了感激。华西医院检验科也承担着新冠肺炎患者的筛查任务,人力、设备、场地极为短缺。即便如此,华西医院院长李为民仍然单独开辟了一个符合临床试验的场地,抽调医院精准医学中心和感染科的医务人员,临时组建团队进行临床试验。为了凑够检测指标所需的样本数量,李为民作为四川省新冠肺炎医疗救治专家组组长,协调四川省内各大医院,把尽可能多的样本送来进行临床试验。四川省卫健委也请四川省几家医院全力配合。所有人齐心协力,都是为了同一个目标,让临床急需的芯片试剂盒能够快速通过注册审批,投入到抗击疫情的最前线。

战“疫”利器获批进入临床

2月22日深夜,“六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒(恒温扩增芯片法)”获国家药监局新型冠状病毒应急医疗器械审批批准。

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博奥检验团队合影

这项最新研发的核酸检测芯片试剂盒,能在1.5小时内检测包括新型冠状病毒在内的六项呼吸道病毒,属全球首个。与此同时,博奥生物集团响应清华大学号召,第一时间向武汉捐赠1.2万人份芯片检测试剂盒。用于华中科技大学同济医学院附属协和医院、华中科技大学附属同济医院(中法院区)、武汉火神山医院及湖北省人民医院临床一线新冠肺炎的鉴别诊断。北京博奥医学检验所援鄂医疗队同期出征,先后派遣五批技术骨干前往新冠危重病人收治医院,开展核酸检测工作。

3月2日,习近平总书记在北京考察新冠肺炎防控科研攻关工作。总书记来到清华大学医学院详细了解新型检测试剂、检测设备研发、应用等情况。程京汇报了六项呼吸道病毒核酸检测芯片试剂盒,以及此前国家药监局批准的八项呼吸道病原菌核酸检测芯片试剂盒的研发应用情况。程京说,冬春季高发的甲流、乙流、呼吸道合胞病毒感染,以及肺炎链球菌、流感嗜血杆菌、肺炎克雷伯菌等病原菌感染的患者与新冠肺炎病人症状相似,这两款微流控芯片可以通过鉴别诊断把病人进行有效分流和精准救治。谈到大家都十分关注检测的时间问题,“从拿到样品到结果出来,这两个试剂盒都只需要不到一个半小时的时间,比目前已获批的单一指标核酸检测产品的检测速度快一倍以上。”程京给出了答案。

“在临床应用方面,它可以非常好地帮助医务人员做鉴别诊断,迅速区分哪些人是新型冠状病毒感染,哪些患者是其他病毒感染,把合并感染、交叉感染这样的情况加以区分。”程京说。他还介绍了一系列应对疫情的新型技术研发情况:“核酸检测芯片实验室”——可实现“样本入,结果出”终极目标的全集成芯片,确保结果准确性的同时,降低一线检测人员被感染风险……原定10分钟的汇报时间,程京整整讲了20多分钟。

面向未来,防患未然

此次疫情的爆发给国家带来了前所未有的巨大损失,正如习总书记在此次考察后所强调的,生命安全和生物安全领域的重大科技成果也是国之重器,疫病防控和公共卫生应急体系是国家战略体系的重要组成部分。而在程京的心里早已构建了一张大网——依托博奥在病原微生物精准诊断领域的丰富经验和技术积累,将大数据和新型传染源检测技术相结合,程京要打造一个网络化、实时化、自动化的疫情监控预警、救治和预后报告系统。

针对已知和未知病原微生物的芯片检测系统,将全面布局医院、第三方独立医学检验机构等数据采集终端,提供标准的检测数据传输和共享接口,一手诊断数据通过5G网络传输到“天网”系统,实现数据和信息自动上传共享以及大数据服务支撑。按照程京的设想,这套系统还将支持政府、疾控中心等部门面向全国全域式监控,进行病原体感染大数据的实时监测、分析和综合展示服务等。程京说:“目标就是实现‘两个一’,即:一手数据联网、第一时间上报,这样就能随时掌握疫情的发展状况直至疫情结束,形成不留一处死角的智慧疫情监控‘天网’”。

“这样一来,面对疫情的发生甚至生物武器战的到来国家才能从容不迫及时采取防控措施,最大程度减少疫情或战争给人民生命安全和国民经济等方面带来的损失。”程京说。

(2020.06.01 第11期)