《Frontiers in Public Health》：Innovations in reagent manufacturing to support the global diagnostics supply chain
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诊断不仅是临床决策的工具，也是医疗供应链的驱动因素。它们量化和监测全球人群中疾病的流行情况。在宏观层面，这些人群健康数据被用于指导医疗保健商品的采购和分配。有大量证据表明，中低收入国家对诊断的可及性十分有限。这一情况既适用于体外分子诊断，也适用于诊断影像，但本
诊断不仅是临床决策的工具，也是医疗供应链的驱动因素。它们量化和监测全球人群中疾病的流行情况。在宏观层面，这些人群健康数据被用于指导医疗保健商品的采购和分配。有大量证据表明，中低收入国家对诊断的可及性十分有限。这一情况既适用于体外分子诊断，也适用于诊断影像，但本文的研究范围仅限于前者。尽管导致可及性受限的因素众多、相互关联且复杂，本文提出了一种缓解供应链中某些制约因素的方法：即分布式和本地化制造关键生物试剂，或称活性诊断成分（ADI）。除了改变制造的地理边界、将商品移至更靠近部署区域的地区之外，这还可以通过重新分配诊断商品、试剂和知识产权的所有权来减少全球权力失衡。
**一、研究背景与问题**
在中低收入国家（LMICs），传染病和被忽视的热带病（NTDs）严重影响人群健康与生产力。延误诊断和管理不当导致疾病预后不佳。研究表明，某些NTDs的发病率上升与以国内生产总值（GDP）衡量的经济生产力下降之间存在相关性。然而，在疾病负担最重、费用障碍最为突出的地区，体外诊断（IVD）往往难以获得。尽管核酸分子诊断相比传统免疫分析方法显示出更优的性能，但其在中低收入国家的推广常受限于试剂成本高昂、冷链储存要求高以及专业技术人才匮乏。目前诊断能力仍广泛短缺，初级医疗层面的缺口最为严重——中低收入国家仅有19%的人口能够获得最简单的诊断检测。COVID-19大流行期间全球制造能力一度提升，但此后许多生产线已被拆除。要实现可持续的制造能力，必须在整个生产链条上进行投资，包括人员培训、研发（R&D）和原材料采购。许多中低收入国家的制造中心仅从事灌装和成品包装等下游环节，上游生产能力极为有限。
**二、研究目的与核心内容**
研究人员提出，采用新兴的生物试剂制造模式，将重心转向具有跨应用价值的上游产品，即多种诊断检测所共用的活性诊断成分（ADIs）。本地制造（在需求点附近进行）、国内制造（在国家层面开展以规避进口挑战）以及按需制造（可根据需求扩大或缩小规模）必须在补充现有关键经济模式中发挥更大作用。该研究旨在探索通过分布式和本地化制造关键生物试剂来缓解诊断供应链制约的可行性，以改善中低收入国家的诊断可及性，减少对高收入国家（HICs）的依赖，并重新平衡全球诊断商品、试剂和知识产权的所有权格局。
**三、主要关键技术方法**
本论文为观点型综述，未开展实验研究。研究人员基于对现有文献、案例报告及政策框架的系统梳理与分析，总结了多项关键技术路径：（1）重组蛋白生产技术——在大肠杆菌或酵母中重组表达DNA聚合酶等关键酶类；（2）固态细胞培养技术——用于消除对昂贵离心设备的依赖；（3）新型纯化技术——利用体内融合亲和标签，如基于高硅砂资源的二氧化硅亲和标签；（4）从细菌基因组DNA生产dNTPs的方法——以可再生的起始原料合成核酸扩增所需原料；（5）开放源代码试剂开发模式及国际合作联盟，如AfriDx和ReClone联盟，以及巴西奥斯瓦尔多·克鲁兹基金会（Fiocruz）的ADI本地生产案例。
**四、研究结果**
**4.1 诊断可及性的障碍**
在COVID-19大流行高峰期，酶、引物、纸基膜和通用实验室耗材等关键试剂的生产和运输受到严重干扰。尽管具备较强的技术能力，中低收入国家的研究人员和检测开发者仍因供应链短缺而受阻，无法获得核酸扩增检测（NAATs）所需的酶、引物和膜。这一危机暴露了全球供应链的局限性，说明从生化试剂到大规模制造的全链条上，需要建立国内和区域制造能力。同时，高收入国家在极端需求时期优先保障本国人口，牺牲了全球分配的公平性。
试剂成本由少数获准生产和分销诊断试剂的公司所决定。高收入国家主导全球诊断供应，从中低收入国家日益使用的IVD中获取收入。诊断和制药公司在计算不同疾病靶点的"净现值"时，系统性地低估了中低收入国家地方性流行病的价值，因为这些疾病带来的财务回报较低。对"涓滴模式"的严重依赖导致中低收入国家可能需要等待十多年才能获得高收入国家的产品和创新。技术转让在计入进口试剂和材料的费用后往往成本过高。要实现长期的社会经济独立，本地供应链需要涵盖甚至最基本的活性试剂和材料。此外，按照传统生产模式，生产规模是一个显著劣势，因为需要足够的规模经济才能达到目标价格范围。
**4.2 诊断与试剂在全球健康供应链中的作用**
诊断不仅识别医疗需求点，还用于慢性和传染病的实时流行病学监测与健康预测。诊断通过传递有关人群健康的关键信息来指导医疗供应链——识别流行病学需求并指导治疗管理。然而，由于临床应用与采购代理之间存在多个层级，数据在传递过程中会发生失真，即使假设采购路径中没有财务障碍，数据也会与实时事件脱节，导致采购层面的巨大波动与临床层面的微小需求变化不相匹配。分子生物学试剂在供应链的多个节点被使用，涵盖从新技术研发、产品开发到诊断检测部署的整个诊断管线。利用研发和产品开发对生物试剂的持续需求，可以在非紧急时期维持制造能力。从宏观视角看，供应链往往聚焦于终端产品（诊断试剂盒或功能性治疗药物）的交付，却忽视了组分和材料的供应链。例如，DNA聚合酶既是核酸诊断的关键要素，也用于PCR和DNA组装等研究应用；核苷酸及其类似物与DNA聚合酶配合使用，还具有治疗应用（如用于HIV管理的齐多夫定）。
**4.3 支持诊断试剂需求的创新制造**
研究人员提出，需要从慈善资助终端诊断设备的模式转向对诊断供应链（包括ADI和物料清单（BOM）中的原材料）的公共和私人投资。分布式制造虽为热门话题，但部署仍集中在高收入国家。国家科学机构和公共机构通常面向国内问题，早期研究高度由研究者驱动，大部分研发资金集中在全球北方，导致对被忽视热带病的关注持续不足。为解决"公共卫生领域的创新匮乏"问题，研究人员提出国内或按需制造方案，以直接支持中低收入国家的科学家和研发工作，减少援助依赖并以可持续成果支持有效援助。然而，开放获取（OA）研究出版与知识产权保护之间存在张力，商业和私人投资者因缺乏技术垄断而却步。
本研究提出了三种可协同工作的新制造模式：（1）分布式制造——设施在地理上分散布置；（2）本地/国内制造——商品在生产地点靠近应用点的地理范围内生产；（3）按需制造——仅在需要时按所需数量进行生产。这些模式可协同克服供应链挑战。国内制造可绕过海关清关需求，减少物料接收延迟并提高对本地需求变化的响应能力。本地制造则将生产推进到城市或区域层面，简化层层传递间的复杂性和长交付周期。然而，如果任何原材料必须以高成本从高收入国家进口，本地制造并不会降低成本，因此需要开发可从可获取且可再生的原材料出发的合成途径。
按需合成可完全规避预测需求的难题，实现产品数量的实时调节，减少过度生产造成的浪费。鉴于生物制品货架期较短，按需合成在减少过期商品损失及因冷链故障（如停电）导致的提前失效方面尤为有用。在非紧急时期维持制造量是建设诊断制造能力的首要关切，但因诊断贯穿从流行病/大流行防范到病原体检测与管理以控制传播的整个生命周期（包括监测疫苗效力），通过生产常规检测试剂盒用于无症状筛查、或将制造商品跨应用部署于食品和农业检测等领域，可以确保持续需求。生物试剂并非针对特定疾病，如DNA聚合酶和核苷酸是所有NAAT的核心，这种跨应用特性有助于维持需求，避免非紧急时期的产能崩溃。
**4.4 核酸扩增试剂的本地生产**
为应对COVID-19大流行期间的供应链限制，中低收入国家的许多团队通过AfriDx和ReClone等联盟与高收入国家合作者建立跨洲伙伴关系，分别建立适用于低成本本地生产的NAAT酶生产能力或开发开源试剂。政府主导的新兴举措也在寻求终端产品和ADI制造的更大本地自主权，例如巴西的奥斯瓦尔多·克鲁兹基金会宣布生产用于COVID-19和流感逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）检测的活性诊断成分。
多项已发表的本地或内部生产生物试剂案例表明，向本地制造转化在技术和经济上日益可行：加纳已部署本地生产的酶用于疟疾临床样本的环介导等温扩增（LAMP）检测；本地生产酶已用于鉴定登革热暴发的DENV-1血清型（RT-LAMP）；COVID-19大流行证明RT-LAMP所需酶可在本地成功生产而不需进口；研究人员已用内部生产的试剂制备PCR预混液。此外，从细菌基因组DNA（一种易获取且可再生的起始原料）生产dNTPs的方法也已得到验证。
新兴制造技术依赖可再生或可再生的起始原料。在初期投入培养箱、离心机和细胞系之后，在大肠杆菌或酵母中重组生产蛋白质（如DNA聚合酶）的成本主要取决于细胞培养基和纯化成本。为消除对昂贵离心机及其维护的依赖，已提出固态细胞培养方案。蛋白工程可实现模块化设计，根据可用原材料更换亲和标签——例如在高硅砂资源丰富的地区采用二氧化硅亲和标签。制造技术的进一步改进应着重于减少对昂贵设备（这些设备往往因缺乏本地专业知识而需国外技术人员维修）的依赖，并采用易获取或可再生的起始原料。
这些案例研究证明了本地、国内或按需制造的技术可行性。要使生产长期维持规模，需要将这些技术与现有经济模式和战略投资策略协同实施。例如，集中采购可以支持盐类和化学品等干性原料的经济采购——这些物资货架期长且对温度不敏感。本地和国内制造设施应与区域制造中心协同运作。用于研究市场跨应用用途的生物试剂的本地和国内制造，应在低需求时期维持制造能力和基础设施，使按需制造设施能够在需求激增时投入使用。
**4.5 体外诊断审批的监管流程**
用于诊断试剂盒的试剂或本地生产的诊断试剂盒要部署使用，必须经过质量保证和监管审批。中低收入国家的监管环境差异巨大，许多国家没有建立监管框架的法律制度，往往依赖其他国家或世界卫生组织（WHO）的监管流程和评估。在大流行演变的早期阶段，这种复杂性只会增加。WHO的体外诊断预认证路径（PQDx）和《全球医疗器械（包括体外诊断）监管示范框架》是朝解决方向迈出的步骤。然而，PQDx仅适用于WHO-IVD资格清单上的靶标，且产品在提交时必须已上市销售。由于PQDx聚焦于"原始法定制造商"，它偏向诊断的"灌装和成品"模式而非本地新建制造。在一些中低收入国家，诊断产品的欧洲合格认证（CE）标志即足以被接受使用。而依赖外部批准的国家目前没有本地生产产品的审批途径，因此缺乏技术开发激励。几乎所有监管环境高度发达的国家在批准抗体和抗原检测用于特定专业用途时，坚持将PCR作为金标准。高质量、可靠且符合监管要求的商品对于确保中低收入国家制造的持续投资和建立公众对本地制造商品的信任至关重要。
**五、讨论与结论**
诊断可及性的主要障碍包括成本、冷链储存要求以及对高收入国家赠款援助和进口设备的依赖。除个体诊断和治疗外，IVD对疾病监测（包括传染病和非传染性疾病）同样重要。诊断通过传递人群健康的关键信息来指导医疗供应链的采购决策。本地制造虽不能保证供应稳定，但有助于将资金保留在经济体内、创造就业并投资于基础设施。研究人员认为，本地制造商可能无法匹配捐赠方价格，但为实现自可持续的医疗体系，中低收入国家必须减少对捐赠支持的过度依赖。
论文结论指出：本地、国内和按需制造生物试剂可成为构建韧性诊断管线的关键组成部分，但必须嵌入可持续的经济、监管和采购框架之中。政策驱动的激励措施可以支持已被证明可行的技术的推广普及。通过本地和按需制造试剂，支撑IVD研发的基础材料将触手可及，并能响应中低收入国家的卫生需求。新兴举措还应纳入CRISPR酶——这些酶预计将在下一代分子诊断中发挥重要作用。
