人类对呼气诊断早已有之,意识到这类样本的重要性。中国古代中医和古希腊的希波克拉底时期,医生通过嗅闻患者气息来辅助判断病情。而现代科学则赋予了呼气检测精准的“度量衡”。根据检测原理,呼气检测技术主要分为两大类:直接呼气检测即直接分析呼气中固有成分的变化,和标记呼气检测,系临床应用最成熟的技术路径。
而驱动行业进一步发展的核心技术正处于快速迭代中:
气相色谱-质谱联用是分析呼气VOCs的“金标准”,精度高但设备庞大、操作复杂,为一众创新者提供了机遇。例如以精智未来为代表的公司,已将传统实验室规模的气相色谱仪核心部件芯片化,开发出床旁(POCT)乃至未来可手持的微型气相色谱仪,灵敏度可达ppt(万亿分之一)级别。
还有质子转移反应质谱、选择离子流动管质谱等技术实现了对痕量气体的实时、在线定量测量。激光光谱技术和气体传感器/电子鼻技术等,在为开发低成本、便携式设备提供了可能。
具体到应用场景,这些年比较广为人知的是幽门螺杆菌感染检测,作为无创诊断的“金标准”。
¹³/¹⁴C-尿素呼气试验通过检测胃内尿素酶分解标记尿素后产生的CO₂,已成为诊断Hp现症感染和根除后复查的国际首选非侵入性方法。相比需要胃镜的侵入性检测、无法区分现症与既往感染的血清学检测,UBT具有准确性高(灵敏度、特异度均超90%)、操作简便、患者依从性好的绝对优势。截至2023年,国内已有19款相关产品获批上市,国产厂商如中核海得威等已实现进口替代。
还有一个被人津津乐道的场景,是气道炎症评估,用于哮喘管理。
呼出气一氧化氮是2型嗜酸性气道炎症的生物标志物。FeNO检测在哮喘的诊断、炎症分型、评估吸入激素治疗效果及依从性方面具有明确价值,已被英国NICE指南推荐为成人哮喘诊断的一线检验项目。国内尚沃医疗是该领域的领军企业,自2017年获得首张国产注册证后,已拥有多张产品注册证,市场占有率国内第一。
呼气诊断,还可以洞察肠道菌群。
肠道菌群酵解碳水化合物是呼气中氢气/甲烷的唯一来源。H₂/CH₄呼气试验是诊断小肠细菌过度生长、碳水化合物吸收不良(如乳糖不耐受)等功能性胃肠病的“金标准”。2021年,乐翌生物的全资子公司乐雅生物推出了国内首款、全球第二款采用“固定式+气相色谱”技术的甲烷氢呼气检测设备Bioleya®,打破了国外技术垄断,实现了“质”的升级。
而肿瘤早筛居然也有机会被突破,这可能冲击现有的市场。
技术基础是因为肺癌等恶性肿瘤在代谢过程中会产生特定的VOCs指纹图谱。通过分析这些VOCs,为癌症的无创早筛提供了革命性新途径。目前已有一些积极成果,例如,SERS技术对肺癌判断准确率可达96.9%。成为精智未来、万盈美等业重点布局的赛道。
回到市场博弈上,在全球呼气检测竞技场中中国企业并未落后,在部分领域已实现从跟跑到并跑,乃至局部领跑。这点是核心现实,与现有的IVD曾经是跟跑的角色不同,如今的呼气检测在同一起跑线上。
这从文中所提的MEMS微型色谱、人工智能数据分析等前沿领域上,可以证明一二。加之中国庞大的临床资源所能提供了土壤,以及呼气检测项目正逐步被纳入更多地方诊疗目录等的积极现象,均可证明。
和IVD的发展方向一致,呼吸检测也开始多元化:从单一气体、单一部位检测,向多气体(如H₂/CH₄/CO₂)、多部位联合检测发展。设备向微型、便携、智能化和一体机演进,以走向基层医疗机构、体检中心,并最终进入家庭。还有就是产品研发正从科研快速走向临床验证。
在众多创新企业中,精智未来的发展路径颇具代表性。如文中提过,其自主研发的MEMS微型气相色谱仪,将大型实验室设备的性能浓缩至台式乃至更小尺寸,实现了在床旁对呼气VOCs进行ppt级全谱图实时分析。产品覆盖肺癌、消化道癌等的早筛分型,以及感染、重症、慢病管理等领域。技术已被入库国家颠覆性技术。
一呼一吸之间,挑战依然存在,如复杂标志物的标准化、成本控制与医保衔接等,但方向已然清晰。关乎健康的密码正在被破解,一个百亿级的蓝海市场正迎来黄金发展期。