स्पैशियल बायोलॉजी: नैनोस्ट्रिंग बनाम 10x जीनोमिक्स

जीव विज्ञान के नए अनुसंधान क्षेत्र

पिछले लेखों में हमने अगली पीढ़ी की सीक्वेंसिंग (NGS) के विकास और चिकित्सा को बदलने की उसकी क्षमता पर चर्चा की थी। DNA विश्लेषण, RNA के उपयोग और प्रोटीन संश्लेषण के उपकरण सस्ते होने से जैव प्रौद्योगिकी और चिकित्सा अधिक सटीक हो रही हैं। इन उपकरणों के निर्माताओं का परिचय इस लेख में दिया गया था: “Illumina बनाम Pacific Biosciences: अगली पीढ़ी की जीनोम सीक्वेंसिंग कंपनी का चयन”।

फिर भी कुछ जानकारी नहीं मिल पाती। बल्क सीक्वेंसिंग में हजारों या लाखों कोशिकाओं का डेटा एक साथ मिल जाता है, जिससे कोशिकाओं के बीच अंतर और ऊतक में उनका स्थान छिप सकता है। शोधकर्ता अक्सर प्रत्येक कोशिका की गतिविधि और विशिष्ट अणुओं का स्थान जानना चाहते हैं। प्राप्त होने वाला स्थानिक विभेदन इस्तेमाल की गई विधि पर निर्भर करता है।

स्थानिक जीव विज्ञान के विकास से अब ऐसे प्रश्नों का अध्ययन संभव हो रहा है।

स्पैशियल बायोलॉजी

नमूने के अणुओं का केवल मिश्रण देखने के बजाय, स्थानिक जीव विज्ञान बताता है कि कोई महत्वपूर्ण अणु, जैसे विशिष्ट RNA अनुक्रम, ऊतक या कोशिका में कहाँ स्थित है। यह स्थानिक जानकारी दो या तीन आयामों में हो सकती है।

इससे शोधकर्ता कोशिकाओं के बीच संपर्क, रक्षा तंत्र के सक्रिय होने और वायरस के संपर्क पर कोशिका की प्रतिक्रिया जैसी प्रक्रियाएँ समझ सकते हैं।

यह तरीका उन घटनाओं को भी उजागर कर सकता है जो बड़े नमूने के औसत में दब जाती हैं। कुछ कोशिकाओं में होने वाली गतिविधि, स्थानीय घटनाओं और दुर्लभ कोशिका प्रकारों की भूमिका इस लक्षित विश्लेषण से सामने आ सकती है।

स्थानिक जीव विज्ञान के विशेष लाभों के बारे में NanoString के अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों में विस्तार से पढ़ा जा सकता है।

स्रोत: Yahoo Finance

स्पैशियल बायोलॉजी की निवेश संभावनाएँ

2000 के दशक से जीनोम सीक्वेंसिंग की प्रगति ने जीन थेरेपी, जीन संपादन और mRNA टीकों में योगदान दिया है। Illumina वर्ष 2000 में प्रति शेयर 16 डॉलर पर सूचीबद्ध हुई और 2021 में कीमत लगभग 495 डॉलर तक पहुँची। लेख में दिया गया 190–220 डॉलर का दायरा 2023 के लेखन समय के आसपास की स्थिति है, मौजूदा भाव नहीं।

Nature Methods ने स्थानिक ट्रांसक्रिप्टोमिक्स को वर्ष 2020 की विधि चुना; इसकी घोषणा जनवरी 2021 में हुई।

स्थानिक जीव विज्ञान के शुरुआती विशेष उपकरण ऐसे विकास की शुरुआत साबित हो सकते हैं जो 2030 के दशक के अंत तक व्यापक हो जाए। नई तकनीक में शुरुआती निवेश अवसर दे सकता है, लेकिन लाभ की गारंटी नहीं देता।

नई विधियाँ नवोदित कंपनियों को स्थापित प्रतिस्पर्धियों को चुनौती देने का अवसर भी देती हैं। इस 2023 के बाजार विवरण में लगभग 35 अरब डॉलर मूल्य वाली Illumina को उसके NGS क्षेत्र में पछाड़ना कठिन है। स्थानिक जीव विज्ञान में प्रतिस्पर्धा की स्थिति अलग हो सकती है, लेकिन इसका अर्थ महत्वपूर्ण पेटेंट या प्रतिस्पर्धियों का अभाव नहीं है।

कुछ अनुमानों में स्थानिक जीव विज्ञान का संभावित कुल बाजार 16 अरब डॉलर बताया गया था। आनुवंशिकी और आणविक जीव विज्ञान के अधिकांश शोध में तब भी पुरानी, सीमित जानकारी देने वाली तकनीकों का उपयोग हो रहा था।

स्रोत: Nanostring

इस लेख में वर्णित 2023 के बाजार में 10x Genomics (TXG ) और NanoString इस क्षेत्र की दो प्रमुख कंपनियाँ थीं।

10x जीनोमिक्स तकनीक

10x Genomics की स्थापना 2012 में हुई। सह-संस्थापक Serge Saxonov इससे पहले व्यक्तिगत जीन परीक्षण कंपनी 23andMe में अनुसंधान और विकास का नेतृत्व कर चुके थे। कंपनी ने शुरुआत में एकल कोशिकाओं की जीन अभिव्यक्ति पर ध्यान दिया और बाद में Visium Spatial के साथ स्थानिक जीव विज्ञान में विस्तार किया।

10x Genomics अनुसंधान-विकास और अधिग्रहणों के संयोजन से बढ़ी। लेख के विवरण में उसका कुल अनुसंधान-विकास निवेश एक अरब डॉलर से अधिक बताया गया था। Visium, 2018 में अधिग्रहित Spatial Transcriptomics की तकनीक पर आधारित था।

10x जीनोमिक्स अधिग्रहण समयरेखा

2020 में ReadCoor और Cartana के अधिग्रहणों से Xenium प्लेटफॉर्म के विकास के लिए तकनीक मिली। इसका वाणिज्यिक वितरण 2022 के अंत में शुरू हुआ।

मूल Chromium प्लेटफॉर्म 2016 में आया। 2020 में स्वचालित Chromium Connect और 2021 में Chromium X श्रृंखला आई। कंपनी एकल कोशिका जीन अभिव्यक्ति विश्लेषण के समाधान भी देती है।

2021 में Tetramer Shop के अधिग्रहण ने 2022 में BEAM तकनीक पेश करने में योगदान दिया।

Visium

Visium ऊतक के स्थानिक विश्लेषण की महत्वपूर्ण तकनीक है। लेख के संदर्भित विवरण में हजारों उपयोगकर्ताओं और 440 प्रकाशनों का उल्लेख था। 2022 की तीसरी तिमाही में 10x Genomics ने हाल ही में पेश किए गए 100 से अधिक Visium CytAssist उपकरण बेचे।

Chromium

Chromium एकल कोशिकाओं की जीन अभिव्यक्ति और अन्य विशेषताओं का विश्लेषण करता है। यह ऊतक में अणुओं का स्थान नैनोमीटर विभेदन पर दिखाने वाला इमेजिंग उपकरण नहीं है। संदर्भित विवरण में 4,150 उपकरण बेचे गए थे, जो 10x Genomics के स्थापित उपकरणों का अधिकांश हिस्सा थे।

Xenium

Xenium कोशिका के भीतर अणुओं का स्थानिक विश्लेषण करता है। 2022 के अंत में वाणिज्यिक शुरुआत के समय यह ऊतक में सैकड़ों RNA लक्ष्यों का स्थान बता सकता था। एक ही ऊतक खंड में RNA और प्रोटीन को साथ पहचानना तब घोषित विकास लक्ष्य था; हजारों अलग RNA और प्रोटीन लक्ष्यों का एक साथ विश्लेषण पहले से उपलब्ध सुविधा नहीं था। यह कंपनी की विकास दिशा दर्शाता था।

BEAM

BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) शोधकर्ताओं को प्रतिरक्षा तंत्र के घटकों की विस्तृत पहचान करने में मदद करता है। इसका उपयोग प्रतिरक्षा, रोगजनकों और कोविड-19 जैसी नई बीमारियों के अध्ययन में महत्वपूर्ण हो सकता है।

(आप इस दस्तावेज़ में तकनीकी विवरण पढ़ सकते हैं)

सॉफ़्टवेयर

10x Genomics अपने उपकरणों से प्राप्त डेटा के विश्लेषण के लिए व्यापक सॉफ़्टवेयर प्रदान करती है। लेख में इसे पाँच श्रेणियों में बताया गया था; क्लाउड सुविधाएँ और अनुकूलित डिज़ाइन भी उपलब्ध थे।

नैनोस्ट्रिंग तकनीक और उत्पाद

NanoString की स्थापना 2003 में सिएटल के Institute for Systems Biology में विकसित डिजिटल आणविक बारकोड तकनीक का उपयोग करने के लिए हुई थी।

nCounter

कंपनी ने अपना पहला उत्पाद nCounter 2008 में पेश किया।

nCounter ने RNA प्रतिलेखों के अध्ययन, यानी ट्रांसक्रिप्टोमिक्स, को आगे बढ़ाया। जीन अभिव्यक्ति के लक्षित मापन के लिए इसका कार्यप्रवाह सीक्वेंसिंग और qPCR से अलग था। NanoString ने उत्पाद को “NGS (अगली पीढ़ी की सीक्वेंसिंग) से तेज, qPCR से सरल” बताया। यह निर्माता की तुलना थी, सभी वैकल्पिक विधियों की कम गुणवत्ता का सामान्य प्रमाण नहीं।

स्रोत: Nanostring

GeoMx और CosMX

nCounter ने कंपनी के कारोबार को सहारा दिया जबकि वह अगले उपकरण विकसित कर रही थी। 2019 में GeoMx DSP और 2022 के अंत में CosMx SMI पेश किए गए।

GeoMx संरचना सुरक्षित रखे गए ऊतक के चुने हुए क्षेत्रों में RNA अभिव्यक्ति या प्रोटीन का विश्लेषण करता है। बताए गए उत्पादों में 150 से अधिक प्रोटीन लक्ष्यों का विश्लेषण शामिल था। लक्ष्य संख्या पैनल पर निर्भर है और विधि सामान्यतः कई कोशिकाओं वाले क्षेत्र मापती है। इसलिए इसकी तुलना सीधे Xenium की एकल कोशिका इमेजिंग से नहीं की जा सकती।

CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) RNA या प्रोटीन लक्ष्यों का एकल कोशिका अथवा कोशिका के भीतर के स्तर पर विश्लेषण करता है। तत्कालीन प्रोटीन पैनल में 64 लक्ष्य थे; प्लेटफॉर्म विवरण में अतिरिक्त मार्करों सहित अधिकतम 68 बताए गए थे। 120 प्रोटीन लक्ष्यों तक विस्तार एक विकास लक्ष्य था, जिसे लेख ने 2024 के लिए अपेक्षित बताया।

दोनों प्लेटफॉर्म ने स्थानिक जीव विज्ञान में प्रभावी स्वचालित कार्यप्रवाह जोड़े। पहले की विधियाँ कम संवेदनशील, अधिक महँगी या श्रमसाध्य हो सकती थीं। लेख ने GeoMx को इस खंड का अग्रणी स्थानिक प्रोफाइलर बताया।

दोनों फॉर्मेलिन में स्थिर और पैराफिन में जड़े ऊतक नमूनों (FFPE) का भी उपयोग कर सकते हैं। यह चिकित्सा शोध की सामान्य नमूना विधि है। दुनियाभर में संग्रहित लाखों पुराने नमूनों का फिर विश्लेषण किया जा सकता है। यह क्षमता NanoString के पुराने nCounter उत्पाद से प्राप्त अनुभव पर आधारित है।

NanoString ने स्थानिक जीव विज्ञान संबंधी प्रकाशनों की वृद्धि में योगदान दिया। लेख के विवरण में कम से कम 7,117 प्रकाशनों में उपकरणों का उल्लेख बताया गया, जिनमें कैंसर, संक्रमण और कोविड-19, प्रतिरक्षा विज्ञान, कृषि तथा तंत्रिका विज्ञान जैसे क्षेत्र शामिल थे।

AtoMx

कंपनी शोधकर्ताओं के लिए विशेष सॉफ़्टवेयर भी विकसित कर रही थी। 2022 की अंतिम तिमाही में उसने AtoMx नाम की क्लाउड-आधारित सॉफ़्टवेयर सेवा पेश की। उद्देश्य डेटा विश्लेषण, सहकर्मियों से साझा करने तथा बड़े सार्वजनिक या निजी स्थानिक जीव विज्ञान डेटाबेस बनाने में मदद देना था।

वित्तीय आँकड़े और मूल्यांकन

10x Genomics

इस 2023 के विवरण में 10x Genomics दोनों कंपनियों में स्पष्ट रूप से बड़ी थी। उसके लगभग 1,200 कर्मचारी थे और उस समय बाजार पूँजीकरण लगभग 5.7 अरब डॉलर था।

10x Genomics का 2022 की चौथी तिमाही का राजस्व 15.62 करोड़ डॉलर था, जो एक वर्ष पहले से 9% अधिक था। पूरे वर्ष का राजस्व 5% बढ़कर 51.64 करोड़ डॉलर था। उपभोग्य सामग्री से सालाना राजस्व का लगभग 84% आया। शुद्ध घाटा तिमाही में 1.72 करोड़ और पूरे वर्ष में 16.6 करोड़ डॉलर था। कंपनी पहली बार लाभ में नहीं आई थी।

10x Genomics ने 2022 में अनुसंधान-विकास और स्थायी परिसंपत्तियों पर भारी निवेश किया। स्थायी परिसंपत्ति खर्च 13.17 करोड़ डॉलर और परिचालन नकदी बहिर्वाह 3.36 करोड़ था; दोनों मिलाकर मुक्त नकदी प्रवाह लगभग ऋणात्मक 16.53 करोड़ डॉलर रहा। वर्ष के अंत में नकदी, नकदी समकक्ष और बाजार में बिकने योग्य प्रतिभूतियाँ कुल 43 करोड़ डॉलर थीं। लेख का, पट्टा देनदारियाँ आदि घटाने के बाद लगभग 33.5 करोड़ डॉलर का शुद्ध नकदी आँकड़ा, 2021 के लगभग 50.5 करोड़ से कम था। इसलिए वित्तीय सुरक्षा का यह भंडार घटा था, सुधरा नहीं।

लेख के बाजार विवरण में बाजार पूँजीकरण और राजस्व का अनुपात, यानी मूल्य-बिक्री अनुपात, लगभग 11 था। यह ऊँची वृद्धि अपेक्षाओं को दर्शाता था, पहले से प्राप्त लाभप्रदता को नहीं। वृद्धि, शोध और निवेश के लिए अतिरिक्त पूँजी चाहिए होती तो नए शेयर जारी करने से मौजूदा हिस्सेदारी कम हो सकती थी। एक से दो वर्ष की अवधि लेख का अनुमान थी।

लेख ने अनुमान लगाया कि अधिकांश शोध प्रयोगशालाओं में स्थानिक जीनोमिक्स के नियमित उपयोग से 10x Genomics की लाभप्रदता बेहतर हो सकती है। भविष्य में चिकित्सा निदान में इसका उपयोग वृद्धि का नया चरण ला सकता था।

Nanostring

NanoString छोटी कंपनी थी और उसके 800 से कम कर्मचारी थे। तत्कालीन लगभग 41.3 करोड़ डॉलर का बाजार पूँजीकरण 10x Genomics के लगभग तेरहवें हिस्से के बराबर था।

NanoString का 2022 की चौथी तिमाही में राजस्व 3.44 करोड़ डॉलर और शुद्ध घाटा 4.41 करोड़ डॉलर था। पूरे वर्ष का राजस्व 12.73 करोड़ और GAAP शुद्ध घाटा 15.95 करोड़ डॉलर था। संबंधित सेवाओं और अन्य आय सहित nCounter से 8.26 करोड़ और स्थानिक जीव विज्ञान से 4.47 करोड़ डॉलर आए: लगभग 65% और 35%। उपभोग्य सामग्री और सेवाओं ने मिलकर सालाना राजस्व का लगभग 70% दिया। लेख ने चौथी तिमाही का मुक्त नकदी प्रवाह लगभग ऋणात्मक 3.1 करोड़ डॉलर बताया। 2021–2022 में परिचालन नकदी प्रवाह से मूर्त स्थायी परिसंपत्ति निवेश घटाने पर कुल लगभग ऋणात्मक 23.99 करोड़ डॉलर था। लेख का, पट्टा देनदारियाँ आदि शामिल करने वाला शुद्ध ऋण लगभग 11.4 करोड़ डॉलर था।

नकदी और अल्पकालिक निवेश 2021 की पहली तिमाही के लगभग 41 करोड़ डॉलर से घटकर 2022 के अंत में 19.65 करोड़ रह गए। लेख ने अनुमान लगाया कि इसी दर से नकदी खर्च जारी रहा तो 12–18 महीनों में अतिरिक्त वित्तपोषण चाहिए होगा।

NanoString का मूल्य-बिक्री अनुपात लगभग 3.1 के साथ अपेक्षाकृत कम था। इसमें घाटे, ऋणात्मक नकदी प्रवाह और आने वाली अतिरिक्त पूँजी की आवश्यकता झलकती थी। 2021 के बाद शेयर भाव की तेज गिरावट से मौजूदा शेयरधारकों की हिस्सेदारी अनुमान से अधिक घट सकती थी।

10x Genomics की तरह NanoString की लाभप्रदता में प्रगति भी शोध प्रयोगशालाओं के नियमित काम में स्थानिक जीव विज्ञान को व्यापक रूप से अपनाने पर निर्भर थी।

नैनोस्ट्रिंग या 10x जीनोमिक्स?

दोनों कंपनियों की तकनीक RNA और प्रोटीन विश्लेषण में महत्वपूर्ण नई जानकारी दे सकती है। लेख ने स्थानिक जीव विज्ञान को कैंसर और तंत्रिका विज्ञान जैसे क्षेत्रों में आशाजनक माना, जहाँ स्थानीय और अस्थायी जीन अभिव्यक्ति गंभीर रोगों को समझने में महत्वपूर्ण है।

लेख के अनुसार प्रतिस्पर्धा, शुरुआती Illumina–PacBio मुकाबले जैसी थी। यदि तुलना सही हो, तो छोटी कंपनी कम राजस्व से समान शोध-विकास को वित्त देने के कारण साथ बने रहने और लाभ कमाने में कठिनाई महसूस कर सकती है। अधिक राजस्व बड़ी कंपनी को आशाजनक स्टार्टअप खरीदने और उनकी तकनीक अपने उपकरणों में जोड़ने की क्षमता भी देता है।

लेख ने अधिक कर्मचारियों, नकदी भंडार और शोध बजट के कारण 10x Genomics को अपेक्षाकृत मजबूत निवेश विकल्प माना। लेकिन 2022 के अंत में कंपनी घाटे में थी और मुक्त नकदी प्रवाह ऋणात्मक था। तुलना का आधार सापेक्ष वित्तीय स्थिति और वृद्धि के अवसर थे, प्राप्त लाभप्रदता नहीं।

इसके विपरीत, राजस्व की तुलना में 10x Genomics का मूल्यांकन NanoString से कहीं अधिक था। NanoString बिक्री का अंतर घटा पाती तो निवेश प्रतिफल में बेहतर प्रदर्शन कर सकती थी। तब वृद्धि नए शेयरों से होने वाले हिस्सेदारी ह्रास की भरपाई भी कर सकती थी। यह शर्त पर आधारित निवेश आकलन था।