创新为新冠肺炎疫情防控提供有力科技支撑

潘锋

新型冠状病毒肺炎（以下简称“新冠肺炎”）疫情发生以来，全国科技战线积极响应党中央号召在临床救治和药物、疫苗研发检测技术和产品等五大方向开展科技攻关，来自全国的跨学科、跨领域科研团队在科研、临床、防控一线相互协同，产、学、研紧密配合，在不长的时间内取得了多项积极进展，为疫情防控提供了有力科技支撑。生物芯片北京国家工程研究中心仅用一周时间便研发出“六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒”，为新冠肺炎排查，实现对患者精准诊疗提供了有力科技支撑。2020年全国两会前夕，全国人大代表、中国工程院院士、生物芯片北京国家工程研究中心主任程京教授，就有关问题通过网络做出回应。

精准治疗需要精准诊断

程京代表介绍说，新冠肺炎疫情暴发以来国家卫健委每天都要公布全国各地新增确诊病例、疑似病例等数据，疫情期间特别是在疫情初期有两件事一定要做：一是面对新发的数量巨大的疑似病例，需要迅速鉴定清楚“到底谁是谁”。2020年1月底国家药监局通过应急审批通道受理和批准第一批新冠病毒诊断试剂，但这批试剂仅可以做新冠肺炎病毒一个指标检测。冬春之交是呼吸道类疾病高发季节，发烧咳嗽的患者多，如果仅用一个病毒指标指导临床治疗只能区分正常人和新冠病毒感染者，很难排除新冠肺炎以外的其他病毒感染问题。如果无法做到鉴别诊断和有效排查，这些患者如何治疗？回家还是住院？在医疗资源空前紧张的情况下将给医院、医生、患者和家属带来担忧和恐慌。

二是定点医院每天面临众多患者需要确诊，新冠病毒检测排查不仅要求检测病原体的数目要多而且还要非常快，分析速度一定要快。呼吸道疾病可由多种病毒或细菌感染引起，感染原因多种多样，快速诊断排查可避免人群的交叉感染，因此应对疫情蔓延和加强疫情防控需要迅速组织开展多病毒指标的检测排查，第二批诊断试剂就应考虑能同时检测多个呼吸道病原体。

“临床救治需要实施精准医疗，正确的临床治疗始终无法替代精准诊断，疫情下精准治疗的前提是快速的精准诊断。”程京代表说。

自2019年12月底武汉出现不明原因肺炎开始，程京教授就一直关注着疫情的走向。春节前程京就有所预感，“不行，我们等不了了，估计可能又和2003年非典那时一样……。”程京迅速提前进行部署，组建团队就“如何更加快速便捷地检测新型冠状病毒”开展攻关，程京与核心团队一起吃住在生物芯片北京国家工程研究中心（博奥生物），争分夺秒全力研发新型冠状病毒检测芯片和仪器。

2020年1月29日，程京教授接到北京大学教授、美国科学院院士谢晓亮教授的电话，谢晓亮告诉程京他的团队用一种新方法对新型冠状病毒的RNA（核糖核酸）进行了测序，研究结果发表在《美国科学院院刊》上，而此时北京市政府也正在迫切希望找到一种快速便捷的新型病毒检测方法。与17年前非典相比，面对此次突发疫情程京和他的团队更加主动，更加胸有成竹。程京告诉谢晓亮目前相关的研究已有眉目，接下来就是生产申报和临床试验，两人还详细讨论了团队技术和生产能力等问题。

同样是在2019年12月底，当生物芯片北京国家工程研究中心开发的的呼吸道病毒检测芯片接近成熟时，正在武汉的钟南山院士通过电话向程京讲述了武汉令人担忧的情况。新冠肺炎与流感症状相似，CT影像学检查也大同小异，武汉的许多医院没有进行核酸检测，仅通过临床诊断就将患者直接确诊为新型冠状病毒感染，但这其中很可能会有普通流感患者被误诊。钟南山院士认为，冬春季节流感造成的肺炎本来就多，如果不能有效区分很多流感患者有可能混在新冠肺炎中并将给后续隔离、治疗等工作带来诸多问题，因此如何能在很短时间内鉴别诊断新冠病毒和流感等就显得尤为重要，而当时已有检测方法只能检测一种新冠病毒，无法做到鉴别诊断。

程京代表介绍，2020年初生物芯片北京国家工程研究中心团队已经基本完成了19种呼吸道常见病毒的基因芯片的研制开发，在与钟南山院士、李兰娟院士商量后，研究团队从已接近成熟的呼吸道病毒检测芯片上撤下原定的19种呼吸道病毒中的一种较为罕见的病毒，替换上了新型冠状病毒（2019-nCoV）。为快速达到审批要求的临床试验样本量以便尽快通过国家药监局审批用于临床，几经商讨最终将芯片检测的病毒的数量由19种减少至6种，包括新型冠状病毒（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。

“芯片从研发到临床试验再到项目报批，鐘南山院士关心询问的电话就没断过。”程京教授说。

多病毒检测芯片问世

程京代表介绍，依托在病原微生物精准诊断领域的丰富经验和技术积累，博奥生物响应国家号召，组织骨干力量投入到抗击疫情的战役中，仅用短短一周时间便开发出全球唯一一款呼吸道多病毒核酸检测芯片试剂盒。

2月22日，在国家卫健委高级别专家组组长、中国工程院院士钟南山和国家卫健委高级别专家组成员、中国工程院院士李兰娟的指导下，由博奥生物联合清华大学、四川大学华西医院共同设计开发的“六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒（恒温扩增芯片法）”获国家药监局应急医疗器械审批批准，可正式进入临床使用，芯片检测试剂盒日产量也提升到24 000片。生物芯片北京国家工程研究中心积极响应清华大学号召紧急支援全国各大医院尤其是武汉等疫情严重地区，第一时间向武汉捐赠12 000人份的六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒，为众多患者及一线医务人员提供快速、精准、有效诊断，为决胜武汉及湖北“保卫战”争取了宝贵的时间和资源。目前六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒已在全国多地广泛使用，为筑牢疫情防控线提供了有力的科技支撑。

3月26日，六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒获CE-IVD认证，欧盟CE认证表明该芯片检测试剂盒符合欧盟医疗器械相关指令的符合性要求，具备欧盟市场的准入条件，将为欧洲地区的新冠疫情防控工作提供强有力的高效检测工具。

程京代表介绍，获国家药监局审批上市的基于恒温扩增芯片技术的六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒，一次能对6种呼吸道病毒进行快速检测，属全球首创，与原有的核酸检测相比有三个突出优势：

一是能够对包括新冠病毒在内的六种呼吸道常见病毒同时进行检测，且只需采集受检者的鼻、咽拭子等分泌物样本，而此前批准进入临床的新冠病毒核酸检测产品均为只能针对新冠病毒单一指标的RT-PCR检测。

二是检测速度更快，只需要1.5小时就完成所有检测，确认新冠病毒的速度较其它已获批产品快一倍，一套仪器一次就可以同时检测16人份的样品，并且这一全新的生物芯片在技术、生产层面都已成熟。

三是在临床应用方面可以非常好地帮助临床医务人员做鉴别诊断，迅速区分哪些人是新冠病毒感染，哪些患者是其他病毒感染，区分合并感染和交叉感染等不同情况，排查引起相似症状的如流感等其它病毒感染，大幅降低疑似病例数量，实现对患者的精准诊断和精准治疗，助力疫情防控。

此外，针对此次疫情生物芯片国家工程研究中心牵头开发了“COVID-19病毒感染病患信息采集系统”，这套系统可以帮助医生全面采集患者整个疾病治疗过程中的基本情况、疾病症状、中医四诊、体格检查，合并疾病、治疗等相关信息，系统还同步搭建了数据分析平台，建立了基于眼象、舌象、问诊等自动辨识证候的模型，实现证候辨识的智能化。

程京代表说，从2003年SARS至今17年来，不论在是基础研究还是在应用研发国家都给予了大量的支持，在生命科学领域我国科学家也取得了很大的进步。2003年当时博奥生物专门针对SARS冠状病毒研发的检测芯片，一台仪器一次只能检测一个样品，检测一个样品需要5个小时的时间。但在17年后的今天当人类再遇到新冠肺炎疫情时情况就完全不一样了，来自武汉的新冠肺炎患者样品送到博奥医学检验所后使用自主研发的国产二代测序系统MAPMI，两天之内就得到了分析报告。针对突如其来的新型冠状病毒感染肺炎疫情，为提高新冠病毒检测、排查和诊断治疗效率，继2003年生物芯片北京国家工程研究中心团队成功研制出中国首张专门用于SARS病毒检测的基因芯片之后，此次团队战“疫”再出征，在多年来强大技术储备和人才储备的基础上，仅用极短的时间便创新研发出了六项呼吸道病毒核酸检测试剂盒。

“随着国力的增强和国家技术储备的更加雄厚，面对新冠肺炎这样的重大突发公共卫生事件，只要不慌不乱沉着冷静地去应对就没有什么克服不了的困难。”程京代表说。

前瞻布局提升防控能力

程京代表说，随着疫情防控的深入各地对不同人群的新冠病毒核酸检测量需求越来越多，但大量的检测需求仅靠大中型医院检验科是很难及时完成的，如何提高检测效率北京在非典时期积累了非常好的经验。那时北京指定了43家医院或检测机构，把非典疑似者的样品全部集中送检，而不是每一家医院“作坊式”的分散检测，由第三方检验机构开展专业化工业化检测收到了事半功倍的效果，这个好的经验千万别丢了。中医药2000多年来在应对各种疫情方面发挥了重要的作用，依据中医“治未病”的理念和思路北京应该考虑在应对大规模突发公共卫生事件方面提前布局，防患于未然。春节以后特别是随着全国疫情得到有效控制，各地将陆续复工复产和复课复学，预计北京将有800多万人返岗工作，疫情防控外防输入内防反弹压力的压力依然巨大，北京作为首都确保安全是一项十分重要的任务。

程京代表建议，北京要提前考量，提前布局建设一个大型甚至是超大型的集中样品诊断（检测）第三方机构，由工业界来完成大量的新冠病毒核酸检测工作。这样即使出现大面积疫情暴发也可以做到心里不慌，样品可以集中送检，不会让患者和医生全部依赖医院。就新冠肺炎核酸检测和CT诊疗这一问题，程京代表认为，首先，疫情时期没有哪个“武器”可以包打天下，要科学合理地组合利用现有的技术手段;第二，中国今天不缺技术但缺少懂行的管理者，政策制定要多听取科学家的意见;第三，要对一线核酸采样护士和人员进行必要的培训和考试，以保证按要求获得高质量的样品。

程京代表介绍，针对此次疫情中出现的医务人员感染、核酸检测假阴性、报告结果等待时间长等问题，博奥生物联合清华大学已自主研发完成了一套可在传染病防控基层现场开展应用的全集成微流控核酸检测芯片系统。该系统从加入原始样品到出结果只需1小时左右的时间，可真正实现芯片实验室“样本入，结果出”的终极目标，有效降低人员操作造成的结果误差，保证结果的准确性，同时降低一线检测人员被感染的风险，有效保护检测人员和医务人员的安全。

另外，博奧生物还联合清华大学设计开发的全自动便携式微流控生化分析系统、糖脂三项检测试剂盒，让医生在病床边即可通过采集患者一滴指尖血，在20分钟内实现血糖、三酰甘油、总胆固醇、肾功、肝功等全套指标的快速准确检测，无需将样品送到检验科。通过无线传输技术可远程将检测数据同步到智能手机终端或云端服务器，实现对患者历史数据的追踪查询、数据云端存储与分析管理，为医生诊断提供实时、准确、动态的个人健康大数据。疫情期间医护人员穿戴防护面具造成操作不变，这一便携式设计非常便于紧急情况下的床旁救治，进一步减少了需要抽血化验等操作。

程京代表认为，中医药在治疗急性传染病方面具有丰富的经验和独特的优势，应对本次疫情中医药同样也发挥了重要作用，有很大的借鉴意义。在我国当前西医为主导的医疗体制中，如何建立顺畅高效的中西医结合诊疗模式，充分发挥中医药的优势和作用，加强中医标准化、工程化相关研究及成果应用是目前面临的关键问题。程京代表介绍，根据中医望诊理论生物芯片国家工程研究中心自主研发了白睛无影成像健康智能分析系统，又称目诊仪或白睛无影照相机，该系统采用人工智能AI技术和无影成像光学技术，对眼象进行高清采集、特征提取和综合分析，是中医诊疗提供智能化“影像学”检测工具。系统可以准确提取人眼白睛图像的形态特征并进行大数据对比分析，提示健康风险，为临床医疗提供辅助诊断依据。目前该系统已实现设备便携化，通过手机配合APP就能随时随地采集眼象、舌象等信息，形成互补性极强的中医健康大数据，实现健康状况的动态监控和分析记录，助力推动中医诊疗向客观化、标准化、数字化和科学化方向发展。

程京代表建议，应对未来可能爆发的新发突发传染病重大疫情，国家应构建从各省、直辖市、自治区、兵团到各市、县全覆盖的疫情自动监控报告体系，通过大数据和新型传染源检测技术相结合，实现网络化、实时化、自动化的疫情监控预警救治和院后报告。保证“两个一”，即一手数据联网、第一时间上报，从源头上杜绝瞒报迟报，保证决策层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”，从容不迫及时采取有效防控措施，最大程度地减少疫情带来的损失。将开发的针对已知和未知病原微生物的芯片检测系统全面布局医院、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，来自一线的诊断数据通过5G网络传输到“天网”系统，实现数据和信息自动上传共享及大数据服务支撑，“天网”系统将支持政府、疾控中心等部门全方位实时监测病原体感染并进行大数据采集、分析和综合服务。

程京代表表示，未来生物芯片北京国家工程研究中心将持续贯彻习近平总书记的重要指示精神，坚持自主创新，立足于健康事业，不断推出多种新型医疗健康技术产品和服务，积极落实各地卫生主管部门和医疗机构的广泛需求，持续为公共卫生应急和广大人民群众的生命安全、身体健康保驾护航。

专家简介

程京，中国工程院院士，教授，博士生导师。现任清华大学生物医学工程系讲席教授、生物芯片北京国家工程研究中心主任、博奥生物集团董事长、总裁。长期从事生物芯片研究并在多个领域有重要建树和创新，主持研制生物芯片类产品及配套仪器共70余项，获国内外发明专利共237项，曾获国家技术发明奖二等奖、何梁何利科学与技术创新奖、光华工程科技奖等奖励。