长期垄断有望被打破！中国初创团队研发国际领先的无标记3D细胞成像技术|专访倍捷锐生物
通过 srhpx | 12月 17, 2020 | 国内媒体
近年来，随着国家持续加大对生命科学领域的支持力度，生物技术、医药和医疗器械等领域不断涌现出新的创新成果，继而出现了国产医药和医疗器械替代潮。
与蓬勃发展的医药和医疗器械不同，作为支持生命科学领域技术发展基石的生物仪器设备领域，却呈现出了另一番景色。与半导体行业相似，国内生物仪器设备长期遭受卡脖子的困境。不论是在高端光学显微镜，还是在细胞成像分析仪器方面，国内厂商缺乏高端核心技术，而国外厂商长期占据着绝大部分的市场份额。
“底层的仪器设备不仅关系到科研，更和产业紧密相关。之前实验室的科研仪器，现在已经成为了产业界的基本工具，如质谱仪器、基因测序仪器等。在底层仪器领域，我们一直受制于人。一旦国外在高端仪器方面卡住我们的脖子，科研和企业生产就会很被动。”谈及国产仪器的现状，孙瑞这样说道，他是深圳倍捷锐医学科技公司（以下简称为“倍捷锐”）的联合创始人兼首席技术执行官。
倍捷锐于 2018 年 11 月正式成立，是一家创新型科研仪器制造初创公司。成立之初获得了香港创新基金种子轮支持。创办不到 2 年，便完成了核心产品-基于定量相位显微技术（QPM）的活细胞分析仪器核心部件的设计和制作。除此之外，倍捷锐也在布局细胞质控和血液细胞分析产品。
作为倍捷锐的核心产品，细胞成像分析设备已经从科研端渗透到产业端，成为制药和生物技术公司基础的分析监测工具。值得一提的是，与国外同类型竞品相比，倍捷锐的优势在于其主打新兴的无标记成像分析技术 QPM。
QPM 能够定量表示细胞产生的形貌和动态变化，无需标记染色，只需通过测量被测微观物体透射光（或反射光）的相位延迟，即可生成反映物体形态学和动力学的图片。如果把基因组测序比喻为“指纹识别”系统，那么 QPM 则是“人脸识别”系统，QPM 可以实现细胞三维成像。
随着细胞科学研究的深入、大分子以及细胞药物的兴起，在更深层次细胞机理研究（如神经科学）、细胞实验、生物药开发、细胞质控分析等场景，新兴的需求日益凸显，比如长时间成像分析、对细胞无损等。而 QPM 技术可以很好的满足这些需求。
基于活细胞成像技术的应用场景及其发展，生辉与孙瑞以及另一位联合创始人兼首席科学家周仁杰博士进行了交流。
“传统细胞成像需要对细胞进行染色标记，这会损伤细胞、影响细胞活性。这种技术不适合用来长时间观察细胞，也无法应用于人体临床应用。我们想要开发一种无标记、无染色和无侵害的成像技术，把其应用到细胞生长以及细胞动态观测中，并最终推广到活体成像应用中。”周仁杰将无标记成像技术与传统成像技术进行了对比。
据了解，他的实验室正在基于 QPM 无标记技术进行二维和三维活细胞成像研究并构建新的成像理论模型。过去 10 年间，他一直在从事基于活体成像的定量相位显微技术研究，该技术的空间分辨率可以达到 200 纳米，精度高于 1 纳米。
周仁杰的团队和合作者利用光学衍射和相关原理先后开发了白光衍射层析相位显微镜（相关的成果发表在《自然光子快报》上）和反射模式层析相位显微镜，真正实现了对细胞和组织三维结构的清晰观测。他的团队一直在探索将该技术应用于解决生物问题以及临床诊断。目前，他们正在将该技术应用到眼部、皮肤以及大脑成像。
依托周仁杰实验室的三维活细胞定量显微技术，倍捷锐正在打造其核心产品：活细胞动态定量成像分析系统。周仁杰透露，倍捷锐的活细胞成像系统可以实现对活细胞无标记精确定量分析。这套活细胞成像系统采用定量相位显微技术+荧光显微技术，双模态结合的系统可实现更高性价比。比如说，采用无标记技术，可以进一步降低对荧光等耗材的依赖，降低成本。
图 | QPM 神经元网络成像结果（来源：倍捷锐）
三维活细胞定量相位显微技术与人工智能结合可以无需标记并“人脸识别”细胞体态以及三维结构，实现快速筛选稀有细胞（例如筛选肿瘤细胞），查看细菌运动以及精子活性。
图 | 应用 QPM 技术对海豚精子 3D 成像（来源：倍捷锐）
对于 QPM，清华大学精密仪器系曹良才副教授指出：“基于数字全息的定量相位显微成像技术未来应用空间广阔，现在是国际上争相发展的热点技术，比如无标记生物医学成像是其中一个重要的应用场景。期望倍捷锐依托所拥有的核心技术，能够一马当先，推动创新，提高仪器的可靠性和实用性，率先把该仪器推向市场，为生医检测的大产业做出大贡献。”
创业团队更关注光学底层技术
孙瑞告诉生辉，倍捷锐是他第三次创业，却也是其第一次真正意义上的创业。孙瑞毕业于波士顿大学生物医学工程专业，曾主导多个生物医学光学项目。基于此前的创业积累，以及对底层光学仪器市场潜力的看好，再加上核心创业团队拥有多项核心技术和专利。他与周仁杰决定创业，尽快将掌握的核心技术落地推广，填补国内在活细胞成像领域的空白。
孙瑞认为，近年来，除了芯片，国产科研仪器的研发也是目前面临的“卡脖子”难题之一。
在他看来，目前国内活细胞动态成像系统落地面临以下四个问题：第一，缺少高质量的人才，底层光学技术并非资本青睐领域，许多人才会转向传感器和摄像头等领域；第二，供应链的问题，国内的光学部件大都从海外采购，尚未形成标准化的供应采购平台；第三，缺乏光学底层的核心技术；第四，国内的光学底层市场尚未打开，资本市场对科研仪器不够重视，认为科研仪器市场没有医疗仪器设备市场大。
“倍捷锐会针对这些问题建立自己的核心竞争力。第一，会关注专利技术，毕竟这是欧美国家常常攻击中国的地方。没有核心技术和专利往往会被欧美发达国家卡脖子；第二，吸引高质量人才也是重中之重，在人才读博期间开始进行人才培养，不断完善人才制度。”孙瑞说。
倍捷锐的核心技术团队来自国内外顶尖光学成像研究机构，专业涵盖光路硬件、生物成像、软件算法、生物研究等。
周仁杰现在还担任香港中文大学激光计量与生物医学实验室主任，主要研究细胞三维逆散射问题和开发新型活细胞成像技术。他先后获得美国亚利桑那大学光学中心（美国三大光学中心之一）光学科学硕士和美国伊利诺伊大学尔巴纳-香槟分校电子与计算机工程博士。他还是国际光学工程学会年会 Photonics West 分会议定量相位成像分会编委之一，也是目前唯一的中国地区代表，也是美国光学学会高级会员。他于2019年凭借在“光学衍射层析显微技术”的杰出成就，获得裘槎基金会颁发的“前瞻科研大奖”。
另一位首席科学家张若冰主要负责生物成像和荧光成像研究。他目前是中科院苏州医工所研究员，从事医用光学等研究。博士毕业后在哈佛大学分子与细胞生物学系哈佛脑科学中心从事博士后研究，师从国际知名神经生物学家美国科学院院士 Jeff Lichtman。
此外，该创业团队成员多次获得光学领域大奖，例如 2017 年国际光学工程学会主办的国际光学工程学会创业大赛团队半决赛、香港裘槎基金会创新奖等。
“随着国家在医学科研领域投入的增加，以中国医学科学院和中国科学院为首的国家队对于拥有完全自主知识产权的原创性高端科研仪器和研发平台的需求与日俱增。公司未来可以与国家队携手，发挥各自优势实现共赢。不仅填补国内空白，而且可以向一带一路国家和地区拓展”。曾担任中国医学科学院国合处长的孙集宽副教授如此说。
三大应用场景，中国市场将迎来爆发点
“没有科研仪器的进步与发展，就没有产品的快速转化和落地，底层技术十分关键。我们开发的成像技术是一种原创性的底层成像技术，可以应用于多种不同场景中。”周仁杰进一步指出成像技术的应用场景，并着手与药企进行合作。
具体来说，基于 QPM 的活细胞分析仪有三大应用场景：第一，可应用于细胞研究中，以细胞研究为主的实验室都是倍捷锐的潜在用户；第二，可以应用于产业市场，从事干细胞和免疫细胞疗法的创新疗法研发企业都是其潜在的客户，例如应用于创新药开发过程中对细胞监控的数据分析；第三，可以应用于医学应用中，进行血液分析、尿液细胞分析、唾液分析以及体外受精（ IVF）检测。
图 | 核心产品应用场景（来源：倍捷锐）
根据 IBO 发布的《 2019 年活细胞成像市场报告》，2018 年活细胞成像市场超过 13 亿美元，预计到 2023 年将实现高个位数销售额增长，达到 19 亿美元。2018 年，中国是对活细胞成像技术需求最大的地区，中国的科研市场、制药和生命科学等领域对于活细胞成像产品具有极大需求。报告还预测，未来中国的销售增长将以高个位数增长，中国市场空间正在不断扩大。
然而，生命科学、纳米领域以及三甲医院所使用的活细胞成像仪器，几乎都被国外的科研仪器巨头所垄断，包括徕卡显微系统公司，蔡司，尼康，赛默飞世尔和奥林巴斯等。面对极大的需求与广阔的市场空间，中国亟待开发有核心竞争壁垒的底层技术，填补市场空白。
孙瑞指出，欧美发达国家该产业发展近40年，传统光学大厂以及科学仪器巨头都布局了活细胞分析系统，而中国尚无同类型公司。但是，随着中国生物医药产业的快速发展，可以认为未来中国市场会迎来一个爆发点。
他还告诉生辉，目前倍捷锐的合作方主要是国内外一些知名科研院所，包括清华大学、中山大学肿瘤医院、麻省理工学院和斯坦福大学医学院等。通过与医学院和实验室的合作，倍捷锐正在进一步积累数据并优化模型。同时，倍捷锐与香港威尔士亲王医院合作进行脑癌术中检测。还在探索将其技术用于尿液检测筛查膀胱癌和眼底部诊断。
据了解，随着倍捷锐细胞成像分析产品第三代原研机的研发成功，倍捷锐近期开启了新一轮融资，金额约为1500万元。新一轮融资金额将进一步加大工业原研机研发和人才队伍建设。
“我们希望打造一个完全自主研发的国产创新科研设备平台。我认为科研和产业其实是互补的，科研的进步会推动新技术的诞生，而产业则会推进科研向实际应用方向收敛。希望我们实验室的活细胞成像技术尽快能转化落地，打破国外在光学科研仪器领域的垄断。同时也希望我们的仪器能够真正帮助药企、研究所以及医院解决实际问题。” 这是周仁杰对倍捷锐未来的发展愿景。
原文始发于微信公众号（倍捷锐科技）：长期垄断有望被打破！中国初创团队研发国际领先的无标记3D细胞成像技术|专访倍捷锐生物
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