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Apr 22, 2024

Digitales PCR-Startup Enumerix's Ultra

NEW YORK – Enumerix, ein neues digitales PCR-Unternehmen aus einem Team von All-Stars der Genomikbranche, ist mit einer kostengünstigen digitalen PCR-Methode, die 30 Millionen Tröpfchen pro Tropfen erzeugen kann, aus dem Tarnmodus herausgekommen

NEW YORK – Enumerix, ein neues digitales PCR-Unternehmen aus einem Team von All-Stars der Genomik-Branche, ist mit einer kostengünstigen digitalen PCR-Methode aus dem Tarnmodus herausgekommen, die 30 Millionen Tröpfchen pro Reaktion erzeugen kann und den Dynamikbereich gegenüber dem aktuellen massiv erweitert Technologien.

Das Unternehmen mit dem Namen Ultra-dPCR geht davon aus, bis Ende nächsten Jahres ein kommerzielles Produkt auf Basis der Methode auf den Markt zu bringen, das sich zunächst auf die Märkte Forschung und nichtinvasive pränatale Tests konzentriert.

Das Unternehmen bewirbt seine Technologie als Next-Generation-Sequencing-ähnliche Technologie und hat als Proof of Concept des breiten dynamischen Bereichs einen NIPT-Assay entwickelt, der insgesamt 222 Loci in den Chromosomen 13, 18 und 21 in a erkennt Single-Tube-Workflow.

Enumerix wurde 2019 von Stephen Fodor, Christina Fan und Ari Chaney gegründet, einem Trio, das zuvor beim Einzelzellanalyseunternehmen Cellular Research zusammenarbeitete.

Das Team verfügt im Bereich der Genomik über einige beeindruckende Glaubwürdigkeiten. Fodor war bereits 1992 Mitbegründer von Affymetrix, während Fan zusammen mit Stephen Quake als Miterfinder von NIPT gilt. Chaney, Fodor und Quake waren 2011 Mitbegründer von Cellular Research. Das Unternehmen wurde 2015 von Becton Dickinson im Rahmen einer umfassenderen Genomikstrategie für die Einzelzellforschung übernommen, während Affymetrix 2016 für 1,3 Milliarden US-Dollar von Thermo Fisher Scientific übernommen wurde.

Aaron Solomon, General Manager von Enumerix, sagte in einem Interview, dass das Team „großen Erfolg bei Cellular Research hatte und entschied, dass es so viel Spaß gemacht hat, dass sie es noch einmal machen wollten.“

Die digitale PCR-Methode von Enumerix erfordert keine Mikrofluidik, sondern nutzt kostengünstige Verbrauchsmaterialien gepaart mit Standard-Laborausrüstung.

Der Tröpfchengenerator sei ein Kunststoffgerät mit Poren, sagte Solomon.

Dieses Stück passt in einen Standard-200-Mikroliter-Röhrchenstreifen. Eine Probe wird zusammen mit der proprietären Emulsionssubstanz von Enumerix geladen, dann wird der Röhrchenstreifen in einen Adapter geladen, der es ermöglicht, ihn in jede Standard-Laborzentrifuge einzusetzen.

„Es wird 20 Minuten lang gedreht und die Zentrifugalkraft erzeugt einen Regenschauer aus austretenden Tröpfchen, die in die PCR-Röhrchen gelangen“, sagte er.

Die Emulsionschemie des Unternehmens wurde entwickelt, um Tröpfchen am Boden des Röhrchens abzusetzen und so ein effizienteres Erhitzen und Kühlen in einem Standard-Thermocycler zu ermöglichen. Da es außerdem klar ist, ist es einfach, mit dem firmeneigenen Light-Sheet-Scanner-Instrument eine 3D-Bildgebung der Röhre durchzuführen.

Die erhöhte Anzahl an Partitionen kann den dynamischen Erkennungsbereich im Vergleich zu anderen Methoden erhöhen. Laut Solomon haben die Reaktionen kein Totvolumen und können mit viermal so viel Probe beladen werden wie andere Technologien, was beides die Empfindlichkeit erhöhen kann. Dies könnte besonders wichtig bei der Erkennung seltener Moleküle sein, beispielsweise für Anwendungen in der Flüssigbiopsie.

Wie diese Woche in „Analytical Chemistry“ beschrieben, nimmt das Bildgebungsgerät 500 Bilder der Emulsionströpfchen auf und stellt diese zusammen, um eine 3D-Rekonstruktion des PCR-Röhrchens zu erstellen. Eine kundenspezifische Software definiert dann die Partitionen und zählt die fluoreszierenden Tröpfchen.

Das Light Sheet ist derzeit für die Erkennung von vier Farben konfiguriert, und Solomon sagte, das Unternehmen könne problemlos kombinatorische Methoden verwenden, um 12 Ziele in einem einzigen Assay zu erkennen. „Wir können einige andere Tricks anwenden, um darüber hinauszukommen“, sagte er.

Die Gesamtlaufzeit für die Verarbeitung von 48 Proben beträgt zwei Stunden, und der Arbeitsablauf eignet sich auch für die Automatisierung.

Solomon sagte, dass die Gesamtkosten der Verbrauchsmaterialien pro Probe weniger als 10 US-Dollar betragen. Enumerix plant, die Verbrauchsmaterialien, das Lesegerät und die proprietäre Software zur Abbildung der Röhrchen zu kommerzialisieren, wobei die Kosten des Light Sheet-Scanners „vergleichbar mit anderen Scannern sind, die im digitalen PCR-Bereich auf dem Markt sind“, sagte Solomon.

Während andere Instrumente über einen Dynamikbereich von vier Logs verfügen, erweitert der Ultra-dPCR diesen Bereich laut Solomon um bis zu zwei Logs. „Das bedeutet, dass wir zusätzliche Empfindlichkeit bieten können und nicht auf die richtige Nachweiskonzentration titrieren müssen“, sagte er.

Janice Lai, die technische Leiterin des Unternehmens, die am Light Sheet-Instrument arbeitet, war ebenfalls im Team von Cellular Research, ebenso wie Eleen Shum, Leiterin der Produktentwicklung bei Enumerix und Erstautorin der Anal Chem-Studie.

Shum sagte in einem Interview, dass einige Systeme von Benutzern verlangen, die Moleküle in einer Probe abzuschätzen und sie vor dem Laden zu verdünnen, „aber in unserem Assay wirft man es einfach hinein und es werden alle Moleküle erfasst.“

Der 222-Plex-Assay misst die Trisomien 13, 18 und 21, die anfechtbar und erstattungsfähig sind, sagte Solomon.

Der NIPT-Bereich ist ein früher Zielmarkt für Enumerix, aber das System könnte auch im Forschungs- und Übersetzungsmarkt nützlich sein, um Variationen der Kopienzahl und Transkriptniveaus zu messen und Zelltransfektionen zu zählen, sagte Solomon auch. Im klinischen Bereich eignet es sich für Flüssigbiopsiemethoden und den Nachweis minimaler Resterkrankungen sowie für Zell- und Gentherapietechnologien, die das Zählen transfizierter Zellen und die Suche nach Transfektionen außerhalb des Ziels erfordern.

„Wir verstehen uns als Partner der CLIA-Labore, die diese Tests entwickeln werden“, sagte Solomon.

Insgesamt könne der schnelle, kostengünstige und unkomplizierte Arbeitsablauf auch dazu beitragen, einen breiteren Zugang zu Gentests und möglicherweise mehr Gerechtigkeit bei Tests zu ermöglichen, sagte er.

Disruptives Potenzial

Das Ultra-dPCR-System scheint eine Lücke zwischen den detaillierten Daten von NGS mit teuren und langsamen Arbeitsabläufen und der Geschwindigkeit und niedrigen Kosten von qPCR mit weniger Zielen zu schließen.

Auch der digitale PCR-Bereich ist in letzter Zeit gewachsen. Die Hauptakteure Bio-Rad Laboratories und Stilla Technologies konkurrieren nun mit den neuen dPCR-Technologien von Qiagen, Thermo Fisher Scientific und Roche, und sie alle wetteifern um mehr Farbkanäle und höheres Multiplexing pro Tröpfchen mit weniger Instrumenten.

Raindance – ein 2017 von Bio-Rad übernommenes Unternehmen – konnte mit seiner Technologie 10 Millionen Tröpfchen produzieren, und im Laufe der Jahre haben einige Start-ups, wie Espira und Lamprogen, bei ihrer Tröpfchenerzeugung Zentrifugalkraft in Kombination mit mikrofluidischen Chips genutzt. Enumerix hätte jedoch möglicherweise einen Vorteil hinsichtlich der Anzahl der erzeugten Tröpfchen, da die meisten kommerziellen Systeme Zehntausende Tröpfchen pro Reaktion erzeugen.

Solomon sagte, dass 30 Millionen Tröpfchen auch das Problem der „Mehrfachbelegung“ beseitigen können, bei dem mehr als ein Molekül in einem einzelnen Tröpfchen amplifiziert wird. Dieses Problem erfordert, dass andere Technologien Poisson-Statistiken einsetzen, um die Anzahl positiver Tröpfchen abzuleiten.

„Wir können eine echte molekulare Zählung von Millionen von Molekülen durchführen“, sagte er.

Und obwohl der Light Sheet-Scanner nur über vier Farben verfügt, könnten die niedrigen Kosten des Verbrauchsmaterials laut Solomon es Benutzern ermöglichen, einen Test über mehrere Röhrchen hinweg durchzuführen.

Auch im Bereich der digitalen PCR gab es im Laufe der Jahre zahlreiche Klagen, und in diesem Zusammenhang waren Fan und Fodor gewährte Einzelzellpatente Teil einer BD-Klage gegen 10x Genomics, die inzwischen beigelegt wurde.

Aber Enumerix habe ein breites IP-Portfolio entwickelt und lizenziert, das die Tröpfchenerzeugung, die Scan-Technologie und einige NIPT-Anwendungen umfasst, sagte Solomon, und habe eng mit seinen Anwälten zusammengearbeitet, um festzustellen, ob das Unternehmen in diesem Bereich frei agieren könne.

Shum wies darauf hin, dass sich das Verbrauchsmaterial auch „grundlegend“ von anderen Technologien unterscheide, wodurch die IP-Probleme vermieden würden, die andere Unternehmen im Zusammenhang mit Mikrofluidik und Tröpfchenerzeugungsmethoden hätten.

Enumerix hat derzeit einige akademische Kooperationen, von denen jedoch noch keine öffentlich bekannt gegeben wurde. Eine frühere Version des Anal Chem-Artikels wurde ursprünglich im August auf bioRxiv veröffentlicht.

Bisher finanzierte sich das in Palo Alto, Kalifornien, ansässige Unternehmen selbst, Enumerix plant jedoch, mit der Beschaffung von Geldern zur Finanzierung der Kommerzialisierung zu beginnen und bis Ende nächsten Jahres vollständig kommerziell zu gehen, sagte Solomon.

„Wir glauben, dass wir über eine Plattform verfügen, die breit einsetzbar ist“, sagte er und fügte hinzu, dass die Technologie „die richtige Balance findet und einige der Herausforderungen angeht, die die digitale PCR bisher zurückgehalten haben.“

Enumerix rechnet derzeit damit, bis zum Sommer Instrumente vor Ort zu haben, und hat einige Konferenzen im Auge, auf denen man ausstellen und hoffentlich Daten und Poster präsentieren kann.

Und obwohl digitale PCR-Startups heutzutage ziemlich schnell übernommen zu werden scheinen – letztes Jahr hat beispielsweise Thermo Fisher Combinati und Bio-Rad Dropworks übernommen – sagte Solomon, dass Enumerix dies nicht als Endpunkt ansieht.

„Wir wollen es gewinnen“, sagte er.