转化医学---吴乐斌

1、转化医学与体外诊断转化医学与体外诊断中国科学院生物物理研究所中国科学院生物物理研究所吴乐斌吴乐斌20132013年年7 7月月1919日日北京北京提纲提纲一、转化医学概况一、转化医学概况二、体外诊断的发展趋势二、体外诊断的发展趋势三、如何申请科研课题三、如何申请科研课题一、转化医学概况一、转化医学概况 1.1.转化医学的由来转化医学的由来 2.2.转化医学的概念转化医学的概念 3.3.转化医学的内容转化医学的内容 4.4.国际发展的布局国际发展的布局1.1.转化医学的由来转化医学的由来19711971年年1212月，尼克松签署月，尼克松签署国家癌症法案国家癌症法案，宣布实施，宣布实施国家癌症行

2、动计划国家癌症行动计划1.1.转化医学的由来转化医学的由来 该项法案的核心内容：一是扩大国家癌症研究该项法案的核心内容：一是扩大国家癌症研究所（所（NCINCI）的规模、职责和范围，规定该研究）的规模、职责和范围，规定该研究所的所长由总统任命，给予国家癌症研究所以所的所长由总统任命，给予国家癌症研究所以相对的独立的权利；二是大大增加了对癌症研相对的独立的权利；二是大大增加了对癌症研究经费的支持，国家癌症研究所的经费几乎在究经费的支持，国家癌症研究所的经费几乎在一夜之间上涨一夜之间上涨23%23%，达到，达到2.32.3亿元，自从那时以亿元，自从那时以来持续攀升，每年超来持续攀升，每年超5050

3、亿美元，即使近年来通亿美元，即使近年来通货膨胀仍有增无减。自货膨胀仍有增无减。自19711971年以来，国立癌症年以来，国立癌症研究所已经在癌症科学研究、癌症治疗和预防研究所已经在癌症科学研究、癌症治疗和预防方面斥资方面斥资900900亿美元亿美元。1.1.转化医学的由来转化医学的由来 如从如从19761976年到年到20002000年的年的2525年间，年间，肺癌肺癌的的5 5年生年生存率仅提高存率仅提高2525( (从从1212提高到到提高到到1515) )，结肠结肠癌癌提高提高2828( (从从5050到到6464)L4j)L4j。近。近4040年来，年来，美国动用美国动用2 0002

4、000多亿美元多亿美元( (全世界数字更大全世界数字更大) )的的科研经费和大量的人力用于肿瘤的研究，科研经费和大量的人力用于肿瘤的研究，“收收获获”了与肿瘤了与肿瘤相关相关的的156156万篇研究论文万篇研究论文 。19861986年年诺贝尔奖诺贝尔奖得主得主Renato DulbecoRenato Dulbeco在在ScienceScience上撰文。认为对肿瘤等重大疾病通过上撰文。认为对肿瘤等重大疾病通过零打碎敲的研究是解决不了问题的，要零打碎敲的研究是解决不了问题的，要治愈治愈人人类重大疾病必须通过破译基因组后才能实现。类重大疾病必须通过破译基因组后才能实现。1.1.转化医学的由来转化

5、医学的由来 人类基因组计划人类基因组计划(human genome project, (human genome project, HGP)HGP)由美国、英国、法国、德国、日本和由美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达我国科学家共同参与了这一预算达3030亿美亿美元的人类基因组计划。人类基因组计划与元的人类基因组计划。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。大科学计划。1.1.转化医学的由来转化医学的由来 HGP:HGP:在在20052005年，把人体年，把人体内约内约1010万个基因的密码万个基因的密码全部解

6、开，同时绘制出全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。就是人类基因的谱图。就是要揭开组成人体要揭开组成人体4 4万个万个基因的基因的3030亿个碱基对的亿个碱基对的秘密。秘密。1.1.转化医学的由来转化医学的由来 2003 2003年年4 4月完成人类基因组测序。但是，测月完成人类基因组测序。但是，测序完成后人们期望了解自身秘密的愿望并序完成后人们期望了解自身秘密的愿望并没有实现，而只是在了解人类自身的道路没有实现，而只是在了解人类自身的道路上迈出了第一步。很显然生物体是一个复上迈出了第一步。很显然生物体是一个复杂体，杂体，基础科学基础科学研究与实际脱节明显存在，研究与实际脱节明显存在，两者之间有

7、两者之间有“篱笆篱笆”(fences)(fences)。如何拆除。如何拆除这种篱笆，促进基础研究与临床应用之间这种篱笆，促进基础研究与临床应用之间的结合是人们关注的焦点。的结合是人们关注的焦点。1.1.转化医学的由来转化医学的由来1.1.转化医学的由来转化医学的由来 从国家癌症计划的失败，到人类基因组计从国家癌症计划的失败，到人类基因组计划的失落，说明就临床解决临床问题，就划的失落，说明就临床解决临床问题，就基础解决临床问题都是困难的。基础解决临床问题都是困难的。 剩下的选择：把基础研究、应用研究、临剩下的选择：把基础研究、应用研究、临床研究贯通成一体床研究贯通成一体2.2.转化医学的概念转化

8、医学的概念 20032003年，由美国年，由美国EA. ZerhouniEA. Zerhouni在在NIHNIH路线图路线图计划（计划（NIH RoadmapNIH Roadmap）中提出了）中提出了转化医学转化医学（Translational MedicineTranslational Medicine）或称为）或称为转化转化研究研究（Translational ResearchTranslational Research）的概念，）的概念，它的核心是要将医学它的核心是要将医学生物学生物学基础研究成果基础研究成果迅速有效的转化为可在临床实际应用的理迅速有效的转化为可在临床实际应用的理论、技术

9、、论、技术、方法方法和和产品产品2.2.转化医学的概念转化医学的概念 转化医学就是要实现从转化医学就是要实现从“实验室到床边实验室到床边”的转化的转化(bench to bedside transla(bench to bedside translation)tion)，又从临床应用中提出新的问题回到，又从临床应用中提出新的问题回到实验室实验室(bedside to bench)(bedside to bench)，为实验室研，为实验室研究提出新的研究思路，转化医学提出了从究提出新的研究思路，转化医学提出了从实验室与临床研究的双向转化实验室与临床研究的双向转化(BtoB(BtoB）模）模式式)

10、 )。3.3.转化医学的内容转化医学的内容基础研究基础研究 应用研究应用研究 产品产品3.3.转化医学的内容转化医学的内容 基础研究：基础研究： 基因组学基因组学 蛋白质组学蛋白质组学 代谢组学代谢组学 生物信息学生物信息学 结构生物学结构生物学 系统生物学系统生物学 3.3.转化医学的内容转化医学的内容应用研究：应用研究：肿瘤肿瘤糖尿病（代谢性疾病）糖尿病（代谢性疾病）心脑血管病心脑血管病免疫性疾病免疫性疾病3.3.转化医学的内容转化医学的内容 产品：产品： 1. 体外诊断产品的开发与应用 其中，特别是生物标志物的研究。生物标志物的研究是由生物医学、临床医学和产业的研究人员共同组成，不仅其本

11、身是诊断的工具，而且为开发新药及研究新的治疗方法开辟出一条具有革命性意义的新途径，进而快速提高医护和治疗工作的质量 肿瘤标志物（Tumor Markers）:是指由肿瘤组织产生或机体对肿瘤组织的反应而产生的异常表达的活性物质，包括激素激素、酶酶、特异性和非特异性的糖蛋白糖蛋白或糖脂糖脂等。 肿瘤标志物的概念是在1978年由Herberman在美国国立癌症研究所召开的人类肿瘤免疫诊断会上提出的 3. 3.转化医学的内容转化医学的内容肿瘤标志物目前主要分两类：一、按肿瘤标志物的来源分类 根据肿瘤标志物的来源可以分为两大类：一是仅有某一种肿瘤所产生的特异性物质，称为该肿瘤的特异性标志物；二是标志物在

12、良性肿瘤或正常组织也会出现，但在肿瘤发生时，这类标志物的含量要明显高出良性肿瘤或正常组织，则这种标志物称为肿瘤辅助性标志物。二、按肿瘤标志物本身的化学性质和免疫学特性 根据肿瘤标志物本身的性质可以分为:胚胎抗原、蛋白类标志物、糖类标志物、酶类标志物、激素类标志物、基因类标志物和其他肿瘤标志物 3.3.转化医学的内容转化医学的内容3.3.转化医学的内容转化医学的内容 2. 新药的开发 根据美国FDA的资料，临床前作用良好的新药，只有30%能通过III期临床试验。更多的药物由于药物的毒性、体内分布等种种原因，没有体现出比现有药物更好的疗效而遭淘汰。为了降低新药开发的巨大风险，就需要转化医学的研究，

13、比较动物实验与人体临床研究的差异，加快新药的研发速度4.4.国际发展的布局国际发展的布局美国NIH 21世纪“工作路线图” NIH附属的国家研究资源中心（NCRR）负责管理和实施这一路线图。2006年，NIH设置临床与转化科学基金（CTAS），旨在改善国家的生物医学研究状况；加速实验室发现用于患者治疗的过程，有效缩短疾病治疗手段开发时间；鼓励相关单位参与临床研究；对临床和转化研究人员实施培训。 截至2009年7月，已有23个州的39家医学研究机构获得CTAS资助，从事临床与转化科学研究工作。2008年NIH投资4.62亿美元用于该计划，约占NIH当年预算资金的1.60%。预计到2012年，CT

14、AS资助机构数达60家，年度资助5亿美元。 4.4.国际发展的布局国际发展的布局 法国卫生部门设立临床研究中心为进行转化医学研究，由法国卫生部门设立临床研究中心为进行转化医学研究，由特殊人员组成的临床研究平台相继成立。这些名为临床研特殊人员组成的临床研究平台相继成立。这些名为临床研究中（究中（ ClinicalClinical InvestigationInvestigation Centers,Centers, CICsCICs）的单）的单元，对学术和产业研究人员开展的针对患者和健康志愿者元，对学术和产业研究人员开展的针对患者和健康志愿者的医学研究工作开放。的医学研究工作开放。 CICsCI

15、Cs的研究的研究活动活动与大学医院研究项目密切相关，同时为本与大学医院研究项目密切相关，同时为本地临床和基础研究团队提供服务，它鼓励所有研究者使用地临床和基础研究团队提供服务，它鼓励所有研究者使用中心密切相关的研究设备，充分满足专业临床研究最佳状中心密切相关的研究设备，充分满足专业临床研究最佳状态时的需求。态时的需求。 20082008年，法国已建立覆盖全国的年，法国已建立覆盖全国的2323家临床研究中心网络，家临床研究中心网络，并且接受专业机构每四年一次的评估，其研究经费来自国并且接受专业机构每四年一次的评估，其研究经费来自国家各级卫生部门、各类基金会和医药企业。家各级卫生部门、各类基金会和

16、医药企业。CICsCICs极大促进极大促进了法国临床研究工作的开展了法国临床研究工作的开展。4.4.国际发展的布局国际发展的布局英国英国OSCHROSCHR确定转化医学研究战略确定转化医学研究战略 2007年1月，英国政府成立健康研究战略协调办公室（OSCHR），整合医学研究理事会（MRC）和国家健康研究所（NIHR）的研究工作，构建英国健康研究新策略，确定MRC、NIHR、NHS研究主题和优先领域。 OSCHR成立了转化医学委员会（TMB）、电子健康档案研究委员会（EHRRB）、公共卫生研究委员会（PHRB）。20072008年，OSCHR投入为14亿英镑，预计到20102011年将增加到1

17、7亿英镑，其中转化医学研究预算1610万英镑，约占0.95%。 在TMB的组织下，英国的转化医学研究进展显著。构建了临床研究机构领域战略协调论坛；启动了药物发现与早期研制、诊断学、方法学、实验医学、大规模临床试验和卫生技术评估等领域新规划；资助治疗路径创新研究，改变了该研究原有资金短缺的局面。 二、体外诊断的发展趋势二、体外诊断的发展趋势 在转化医学研究的推动和影响下，体外在转化医学研究的推动和影响下，体外诊断领域的发展表现出以下趋势：诊断领域的发展表现出以下趋势： 1. 1.系统化系统化 2. 2.系列化系列化 3. 3.整体化整体化 4. 4.智能化智能化1.1.系统化系统化系统化：以实现

18、系统化：以实现量值溯源为目标，量值溯源为目标，使仪器、试剂、使仪器、试剂、参考品相互匹配参考品相互匹配而构成一个适宜而构成一个适宜的检测系统的工作的检测系统的工作或过程或过程1.1.系统化系统化格林威治时间格林威治时间: :1.1.系统化系统化市场称量校准市场称量校准: :1.1.系统化系统化为什么要系统化：为什么要系统化： 全球化的需要全球化的需要 询证医学的需要询证医学的需要 中国医改的需要中国医改的需要 医疗机构的社会责任医疗机构的社会责任 企业的社会责任企业的社会责任1.1.系统化系统化欧洲委员会制定欧洲委员会制定98/79/EC 98/79/EC 目的是：目的是：“确保病人确保病人安

19、全的最高水平；促进创新和本行业的竞争力；安全的最高水平；促进创新和本行业的竞争力；顾及市场准入，国际贸易和集中监管顾及市场准入，国际贸易和集中监管”。“校准物和校准物和/ /或质控物的定值，必须通过已有的或质控物的定值，必须通过已有的高一级的参考测量程序和高一级的参考测量程序和/ /或参考物质，保证其或参考物质，保证其溯源性。溯源性。”1.1.系统化系统化如何系统化：如何系统化： 政府或行业：行业质量管理（室间质评政府或行业：行业质量管理（室间质评（PT/EQAPT/EQA）；）；医疗机构临床实验室管理医疗机构临床实验室管理办法办法) ) 医疗机构：医疗机构：ISO15189ISO15189；

20、CAPCAP 企业：系统化产品企业：系统化产品1.1.系统化系统化中国体外诊断产业系统化的进程：中国体外诊断产业系统化的进程：从打破系统到建立系统：中生公司从打破系统到建立系统：中生公司 1985 1985年，中生公司研制了国产第一批酶法年，中生公司研制了国产第一批酶法诊断试剂，掀开了体外诊断试剂国产化的新篇诊断试剂，掀开了体外诊断试剂国产化的新篇章，也打响了打破系统的第一枪；章，也打响了打破系统的第一枪； 2004 2004年，中生公司在中国体外诊断产业中年，中生公司在中国体外诊断产业中第一个建立了参考系统部门；第一个建立了参考系统部门； 2012 2012年，与雅培公司合作建立了中生年，与

21、雅培公司合作建立了中生- -雅培雅培临床生化检测系统临床生化检测系统 中生生化试剂系统化历程1.1.系统化系统化全国临床检验标准委员会酶学参考系统研讨会，2005年3月1.1.系统化系统化1.1.系统化系统化1.1.系统化系统化 AAA系统：A家仪器+A家试剂+A家校准品 质量好价格高，欧美主流国家和中国高端市场 ABB系统：A家仪器+B家试剂+B家校准品 质量可靠价格适中，广泛适用于中国市场 ABC系统：A家仪器+B家试剂+C家校准品 质量差价格低，中国中低端市场随着医学向健康科学方向的转型与发展，随着转随着医学向健康科学方向的转型与发展，随着转化医学的发展，人从被动就医到主动进行健康管化医

22、学的发展，人从被动就医到主动进行健康管理，于是，体外诊断出现了系列化产品：理，于是，体外诊断出现了系列化产品： 健康评价健康评价 早期筛查早期筛查 临床诊断临床诊断 疗效监测疗效监测 预后判断预后判断 2. 2.系列化系列化 2. 2.系列化系列化The evidence-based MetaHealthZone report compares an individuals urine metabolite profile with scientifically determined and clinically validated disease profiles. Peer-reviewe

23、d published research has shown that this technique has the ability to profile many illnesses, including breast cancer and ovarian cancer. 2. 2.系列化系列化 2. 2.系列化系列化 Carbohydrate-rich (30% of the protein mass) protein, high degree of structural homology with plasminogenCovalently linked by a disulfide b

24、ridge with one molecule of apo B100 Lp(a) is distinguished in physicochemical characteristics and metabolic properties from that of LDL and all other lipoprotein particlesConsiderable size heterogeneity related to differences in the length of the polypeptide chain or variable number of repeats of ba

25、sic structures called kringlesThis variable number of K4 type2 repeats accounts for the apo(a) size variation, from 187 to 648kDa or 12 and 41 kringle 4 repeats isoforms. 2. 2.系列化系列化2.2.系列化系列化临床营养评价：临床营养评价： 包括但不限于维生素包括但不限于维生素B12B12、叶酸、谷胱甘肽、叶酸、谷胱甘肽、过氧化物酶、总抗氧化活性过氧化物酶、总抗氧化活性 全自动人体肠道微生态分析，检出不少于全自动人体肠道微生

26、态分析，检出不少于2020种预成酶和种预成酶和1010种微生物代谢产物种微生物代谢产物 应用现代分子基因定型技术包括新一代多应用现代分子基因定型技术包括新一代多聚链酶反应（聚链酶反应（castPCRcastPCR）和下一代基因测序）和下一代基因测序技术（技术（NGSNGS）来检测外周血循环肿瘤细胞）来检测外周血循环肿瘤细胞 （CTCCTC）作无创伤性肿瘤早期诊断和个体化）作无创伤性肿瘤早期诊断和个体化药物治疗。药物治疗。 最新市场研究预测循环肿瘤细胞最新市场研究预测循环肿瘤细胞（CTCCTC）检检测市场在未来五年内测市场在未来五年内(2018(2018年年) ) 将达到每年将达到每年7979亿

27、美元（亿美元（7.9 billion US dollars7.9 billion US dollars） 2. 2.系列化系列化2.2.系列化系列化P16P16甲基化检测甲基化检测: : p16p16基因是基因是19941994年美国冷泉实验室发现的新抗癌基年美国冷泉实验室发现的新抗癌基因因, , 位于人类的地第位于人类的地第9 9号染色体短臂号染色体短臂2 2区区1 1带（带（9p219p21） 有人把有人把P16P16基因比作细胞周期中的刹车装置，一基因比作细胞周期中的刹车装置，一旦失灵则会导致细胞恶性增殖，导致恶性肿瘤发旦失灵则会导致细胞恶性增殖，导致恶性肿瘤发生。在人类生。在人类50%

28、50%肿瘤细胞株发现有纯合子缺失、突肿瘤细胞株发现有纯合子缺失、突变。变。 检测检测p16p16基因异常对判断患者肿瘤的易感性以及预基因异常对判断患者肿瘤的易感性以及预测肿瘤的预后，具有十分重要的临床意义测肿瘤的预后，具有十分重要的临床意义 2.2.系列化系列化 样品样品组织组织 DNADNA的甲基化修饰的甲基化修饰用特定的引物和探针进行用特定的引物和探针进行PCRPCR扩增扩增提取基因组提取基因组DNADNA甲基化甲基化未甲基化未甲基化3.3.系列化系列化出生缺陷筛查：出生缺陷筛查：婚前检查婚前检查: :孕期检测：孕期检测：TORCH 10TORCH 10项；项；唐氏综合征；唐氏综合征；新生

29、儿筛查：新生儿筛查：新生儿耳聋基因筛查新生儿耳聋基因筛查2.2.系列化系列化脐带血样本收集脐带血样本收集DNA提取提取基因基因扩增扩增电泳检测电泳检测基因型筛查结果基因型筛查结果阴性阴性结果结果阳性阳性结果结果诊断诊断程序程序确诊确诊干预干预2.2.系列化系列化药物浓度监测：药物浓度监测： 抗菌素药敏试验抗菌素药敏试验 心血管药物浓度监测心血管药物浓度监测 精神病药物浓度监测精神病药物浓度监测2.2.系列化系列化锂试剂盒：锂试剂盒：3.3.整体化整体化转化医学有时也被称为个性化医学，个性化转化医学有时也被称为个性化医学，个性化医学的显著特点就是诊疗整体化或一体化，医学的显著特点就是诊疗整体化或

30、一体化，即任何治疗或药物都必须以个性化诊断为依即任何治疗或药物都必须以个性化诊断为依据，这样的诊断被定义为据，这样的诊断被定义为“伴行诊断伴行诊断（companion diagnosticcompanion diagnostic）”, ,多用于包括肿多用于包括肿瘤、糖尿病等慢性疾病的诊疗瘤、糖尿病等慢性疾病的诊疗3.3.整体化整体化伴行诊断产品的管理在欧美国家已经立法，伴行诊断产品的管理在欧美国家已经立法，个性化治疗药物的开发必须同时进行诊断试个性化治疗药物的开发必须同时进行诊断试剂盒的开发并同时申报注册，主要的伴行诊剂盒的开发并同时申报注册，主要的伴行诊断试剂包括：断试剂包括： 肿瘤分型诊断

31、：肿瘤分型诊断：FISHFISH 糖尿病分型诊断糖尿病分型诊断 药物疗效评价药物疗效评价3.3.整体化整体化 荧光原位杂交（荧光原位杂交（F Fluorescence luorescence I In n S Situ itu H Hybridizationybridization，FISHFISH）：）： 一种检测染色体上特定一种检测染色体上特定DNADNA序列信息的分子序列信息的分子检测技术，它使用带有荧光标记的探针与染色体检测技术，它使用带有荧光标记的探针与染色体上目标区域进行结合，然后在荧光显微镜下观察上目标区域进行结合，然后在荧光显微镜下观察探针发出荧光的数量和位置情况，从而判断检测探针发出荧光的数量和位置情况，从而判断检测染色体数目结构是否存在异常（扩增、缺失、易染色体数目结构是否存在异常（扩增、缺失、易位）等现象，主要应用于实体肿瘤、血液肿瘤的位）等现象，主要应用于实体肿瘤、血液肿瘤的诊断、预后判断和指导用药，及产前染色体异常诊断、预后判断和指导用药，及产前染色体异常筛查筛