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数字PCR技术,简称dPCR(Digital PCR),是核酸分子绝对定量技术,该技术核心概念为通过进行基因检测,检测特定DNA片段是否存在,从而推断基因是否发生突变。相较于qPCR的相对定量和普通PCR的定性比较,数字PCR可以直接读出DNA分子的个数,是对起始样本的绝对定量。数字PCR的技术原理主要针对将有限稀释后的PCR反应物分配至不同的反应单元中,每个单元包含一个或者多个拷贝目标分子,即DNA模板,并在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增,以萤光染剂侦测后通过统计学泊松分布对阴性反应数量推算起始靶分子的绝对量,直接可以检测目标样本中DNA含量。
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相对于二代测序、基因芯片和定量PCR而言,数字PCR具备以下优势:(1)灵敏度可达到单个核酸分子:检测限低至0.001%,主要系为数字PCR可以实现靶标DNA/RNA的生物浓缩;(2) 无需标准曲线活参照基因进行对比来测定核算量,可对靶分子起始量进行绝对定量,直接独处DNA分子的个数;

(3)适合环境复杂样品的检测:终点PCR检测,不依赖Ct值,不依赖扩增效率,能克服PCR抑制剂的影响,避免样品间的交叉感染问题,适合各类复杂环境中的样本进行绝对定量,如动血样、粪便、尿液、痰液、水样、土壤、植物等;

(4)能够有效区分浓度差异微小的样品:更好的准确度、精密度和重复性,可以用于精确测定靶基因的相对表达,基因拷贝数变异分析等。

数字PCR可开发针对不同癌症、不同样本以及不同的样本环境提供检测解决方案,该技术的应用范围广泛,尤其在液体活检领域,已开发针对肺癌、乳腺癌、肠癌、胃癌等上百个位点检测试剂盒,可精准指导临床治疗的诊断,以便患者在后续得到更及时并且适当的治疗方案提供。

中国数字PCR起步较晚,但市场规模增长迅速
数字PCR细分技术市场由于技术的不断发展、目标终端用户显著提高的应用率、新兴数字PCR产品制造商不断扩张的分销网络,以及创新数字PCR仪器发展和商业化所需要的民间资本的日益增长,预计将在预测期内使该细分技术市场获得较高的复合年增长率。数字PCR市场的终端用户包括研究实验室和学术机构、制药和生物技术公司、医院和诊断实验室、临床研究组织(CRO)以及法医实验室。这项技术目前主要应用在科研、诊断和法医鉴定上。2016年全球dPCR和qPCR市场规模为32.7亿美元,,除了北美和欧洲占据主要市场份额,中国、日本、印度等亚太地区的市场增速最快。在国家政策大力扶持下,中国数字PCR行业保持稳定增长。数据显示,2014至2018年,中国数字PCR行业市场规模从13.1亿元人民币增长到26.3亿元人民币,年复合增长率为19.0%。未来五年,中国数字PCR行业将保持快速增长。

中国数字PCR市场规模,2014-2023年预测

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来源:tbTEAM软件采编,头豹数据中心编制

中国数字PCR行业市场规模持续快速增长,主要受到以下三个因素影响:(1)精准诊断需求增加:随着数字PCR研发的进步,数字PCR可应用的领域及场景越来越多,尤其在伴随诊断有着明显的体现。随着居民收入和诊疗意识的提升,民众对于健康的需求愈趋旺盛。据《“健康中国2030”规划纲要》显示,2030年中国人均预期寿命将达到79岁,民众对于健康诊断的需求将在未来日益凸显,并由此催生出数字PCR的潜在客户群体。(2)技术突破增加利润:国产数字PCR技术的不断突破,正在降低数字PCR的生产成本。在技术不断发展的背景下,中国企业有望打破以往以国外产品进口为主的局面。国产数字PCR的崛起,不但能大幅降低企业成本,同时还促使企业投入更多资金以完善技术、服务水平,给予企业大幅提升利润的空间,整个数字PCR的市场规模也将持续扩大。

(3)国家政策支持:数字PCR所处的激光大行业受到国家产业政策的大力支持。2016年《国务院关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知》中明确提出加快推进基因组学新技术和生物大数据等生命科学关键性突破技术,重点攻克新一代基因测序技术和大数据融合分析技术等核心技术。得益于政策的支持,未来数字PCR将会有更大的发展空间。

基因测序技术的提升与癌症治疗需求的增长推动行业发
基因测序技术在成本、通量水平和精准性已经达到了大规模应用的水平,推动测序行业快速增长,同时也带动了数字PCR行业的发展。数字PCR作为基因检测中的一环,目前凭借着二代测序技术的大通量、高精度的优势,成为主流检测仪器。随着二代测序技术在基因测序商业化的突破,基因测序实现了从实验室走向商业应用。作为基因检测分析中不可或缺的仪器,数字PCR的市场规模也将随之提升。中国基因测序市场发展迅速,数字PCR在基因检测的核酸分子诊断技术中拥有高灵敏度、绝对定量等显著优势,未来有望全面替代该技术中其他技术和仪器,因此随着基因测序的市场化不断拓展推动了数字PCR行业的持续发展。数字PCR已用于部分癌症临床学科日常的诊断与治疗,普遍应用于HIV、非小细胞肺癌、乳腺癌和肠癌等。广泛的应用领域促使数字PCR成为中国医疗器械行业重要的细分领域,市场规模庞大。中国医疗器械协会数据显示,在2010年6月,全国绝大多数大型医院就均已建立了癌症治疗中心,80%的中小型医院则成立了病理科和检验科。2010-2018年间,中国医疗水平整体显著提高,部分基层医疗卫生机构亦陆续开始了癌症治疗器械的采购,因此数字PCR普及率进一步提高。作为人口大国,中国医院数量庞大,国家卫生健康委员会发布《2017年我国卫生健康事业发展统计公报》数据显示,2017年末,中国医疗卫生机构总数达986,649个,其中医院31,056个。而中国医疗机构电子仪器更新年限通常为8年左右,庞大的医院数量和现有设备的更新需求促使数字PCR增量及存量需求总和持续稳定增长。

数字PCR技术将会成为主流生物检测技
生命科学的浪潮席卷全球,相关生物技术器械是其重点应用领域之一。数字PCR作为生物技术领域不可或缺的主要器械之一,在产品性能方面有较大探索空间。由于目前数字PCR技术的灵敏度高,操作简便和节省时间等特点,成为目前多个应用的理想选择,包括拷贝数变异、稀有突变检测以及核酸序列的绝对定量。数字PCR凭借其精准性、重复性以及在诊断和制药领域的广阔应用成为目前主流检测技术。随着数字PCR的技术应用逐步扩展,以下基因组学流程方案应用将成为未来数字PCR的主要发展领域:(1) 数字PCR在癌症标志物稀有突变检测中,可以通过数字PCR的高灵敏度,定量分析低至0.001%-0.0001%的突变频率。在靶向治疗药物的研发中,突变基因的检测将直接影响到检测癌细胞百分比以及突变基因是否可以被准确检测。(2) 数字PCR在治病微生物检测中,相较于qPCR时,DNA拷贝数的灵敏度提高了5倍,对病毒长末端的重复序列灵敏度提升了20倍,可以更准确的对病毒DNA或RNA进行定量分析,以提高对疾病后续的治疗和疗效评估。

(3) 数字PCR在转基因食品或成分的定标工作、二代测序的辅助建库、CRISPR-Cas9基因编辑结果的定性检测方法以及肿瘤治疗的实时监控,可以帮助患者在治疗过程及时获得更有效的治疗方案。

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行业集中度较高,竞争格局稳定
中国数字PCR行业的市场规模集中度极高,由于中国企业进入市场较晚,因此大部分市场份额由法国Stilla Technologies、Bio-Rad、RainDance和ThermoFisher为主流企业,占据大部分市场份额,但随着基因测序产业在中国的不断发展和政府的大力扶持之下,生物技术设备的国产化成为生物企业的焦点,截至2018年底中国已有9家生物企业参与数字PCR行业的研发,竞争格局稳定,行业竞争者主要依赖新产品上市以提高市场份额,未来随着新型PCR检测仪的诞生在一定程度上将会影响行业竞争格局。然而,短期内由于行业准入障碍较高,产品需要获取CFDA生物器械审核,批准及认证后取得资质周期的难度较大,并且产品替代难度较高,因此导致行业进入者难度较大。2016年6月,科技部正式发布“十三五”医疗器械科技创新专项规划,重点提名对数字PCR等系统的研发和政策支持,同时由于液体活检技术的广泛推广和应用,基因测序产业的发展和应用激增,更多的国内基因科技公司将目标投向了数字PCR市场。2017年,臻准生物科技(上海)有限公司发布中国首款完全自主知识产权的芯片式数字PCR系统AccuOneTM,随后科维思、诺禾致源和泛生子与Thermo Fisher签署合作协议,并研发了中国本地化芯片式数字PCR,诺禾致源的Digital PCR NG、科维思的IA-1和泛生子的GENETRON 3D陆续获得国家审批;随后顺德永诺的MiniDropTM、小海龟科技的BioDigital华、领航基因的iScanner24、新羿生物的TD-1和卡尤迪的数字PCR都逐步进入市场。
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目前,中国各大医院均已建立起癌症医疗中心、病理科和检验科,医疗领域对数字PCR等检测仪器的需求大幅增加。数字PCR精准高效,因此已普遍应用在各大医院及科室,并应用于伴随诊断、病毒检测、药物基因组学和无创产检等场景。数字PCR在无创产检的发展迅速,市场认可度较高,便于医院引进,而病毒检测和伴随诊断是目前数字PCR在医院液体活检技术中应用最为成熟的场景,医院病理科通过数字PCR的高灵敏度特点可以使用采血检验,改善患者治疗方案,增加患者的依从性。数字PCR在应用场景广泛,市场发展潜力巨大。
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