A Koronavírus Teszthiánya új Stratégiát Vált Ki: A Csoportos Szűrést
A Koronavírus Teszthiánya új Stratégiát Vált Ki: A Csoportos Szűrést

Videó: A Koronavírus Teszthiánya új Stratégiát Vált Ki: A Csoportos Szűrést

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
Videó: Koronavírus: Egyelőre nem maradnak el a tömegrendezvények 2023, Január
Anonim

A diagnosztikai minták összesítése és egy kis matematika felhasználása lehetővé teszi, hogy több ember tesztelje kevesebb vizsgálattal.

A koronavírus teszthiánya új stratégiát vált ki: a csoportos szűrést
A koronavírus teszthiánya új stratégiát vált ki: a csoportos szűrést

Hacsak nincs széles körű tesztelés a COVID-19 számára, a szakértők figyelmeztetnek, az esetek felgyorsulnak, mivel a kormányok újból megnyitják a vállalkozásokat és a nyilvános tereket. De a koronavírus-fertőzések diagnosztikai tesztjeiből még mindig sajnálatos hiány áll fenn, mivel a vegyi anyagok és kellékek iránti igény soha nem látott. Például az Egyesült Államok naponta több százezer vizsgálatot végez, de ez a szám még mindig messze elmarad a napi normál értékek biztonságos visszaállításához ajánlott napi millióktól.

Az USA-ban, Izraelben és Németországban több tucat kutató követi a diagnosztikai kapacitás drámai növelésének stratégiáját: csoportos teszteket. A sok ember mintáinak összevonásával néhány csoportba és a csoportok, nem pedig egyének értékelésével a tudósok úgy gondolják, hogy kevesebb embert használhatnak kevesebb teszten. Ez a megközelítés gyorsabban felismerheti azokat az egyéneket, akik akaratlanul hordozzák a betegséget, és képesek gyorsan megtisztítani a nem fertőzötteket. A stratégiát a múltban a HIV, a chlamydia, a malária és az influenza eseteinek sikeres felderítésére használták, és eredetileg a II. Világháború idején hozták létre katonák ezreinek tesztelésére szifilisz miatt.

"Amíg nincs vakcina, csak a fertőzött emberek tesztelésével és elszigetelésével állíthatjuk meg a vírus átterjedését" - mondja Sandra Ciesek, a frankfurti Geothe Egyetem Orvosi Virológiai Intézetének igazgatója Németországban. Február közepén az elsők között jelentette, hogy tünet nélküli emberek terjesztik a vírust. Azóta a Ciesek összevont vizsgálati technikán dolgozik a tünetmentes hordozók azonosításán. A megközelítés „ugyanannyi teszttel próbál többet elérni” - mondja Tomer Hertz, az izraeli Negev Ben-Gurion Egyetem számítási immunológusa, aki szintén szakaszos tesztelési stratégiát dolgoz ki. Van azonban egy figyelmeztetés: amint a közösségben a fertőzés prevalenciája növekszik, az erőforrás-megtakarítás képessége csoportos teszteléssel csökken.

A csoporttesztelés egy számjáték. Tegyük fel, hogy 100 embert vizsgál, és egyikük pozitív. Normális esetben 100 diagnosztikai tesztet végez, és minden egyes emberben megkeresi a vírus genetikai anyagát. De a csoportos teszteléssel ezt a 100 embert öt 20 csoportra oszthatja. Ez öt mintát biztosít 20 mintával, és egy tesztet használ fel poolonként. Ha az első négy mintacsoport negatív eredményt mutat, négy emberrel 80 embert szüntetett meg. Ha az utolsó készlet pozitív eredményt mutat, akkor az utolsó készlet minden egyes mintáját egyedileg tesztelje, hogy azonosítsa a betegséget. Végül 100 teszt helyett 25 tesztet hajtott végre.

.

Ez vonzotta Peter Iwent, a Nebraska Közegészségügyi Laboratórium igazgatóját, amely összevont megközelítést alkalmaz. Márciusban Iwen a vegyi anyagok tesztelésének rendkívüli hiányát vizsgálta. De nem volt egyértelmű, hogy az ilyen típusú diagnosztikai vizsgálatot szabályozó Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) lehetővé teszi-e az összevont tesztelést. Két hétig próbálta a technikát, mielőtt bemutatta az adatokat, amelyek azt mutatták, hogy ez megtakarította a labor idejét és összetevőit Nebraska kormányzójának és az FDA-nak. Három napon belül, közvetlenül azelőtt, hogy készletei hamarosan elfogynának, Iwen levelet kapott a kormányzótól, amelyben „teljes felhatalmazást kapott arra, hogy feltárja és folytassa az ésszerű intézkedéseket a tesztelés kiterjesztése érdekében ebben az időben”.

Később kapott egy e-mailt az FDA-tól, miszerint az nem emel kifogást öt minta összegyűjtése ellen. "Úgy gondoltuk, hogy ez olyan közel van a jóváhagyáshoz, amennyire csak lehet" - mondja Iwen. Az FDA szóvivője a Scientific American-nak elmondta, hogy az ügynökség „nyitott a különféle új tesztelési ötletekre, például a minták összevonására, és arra ösztönzi az összes tesztfejlesztőt, hogy forduljanak hozzánk, hogy megvitassák a megfelelő validációs megközelítéseket”.

A fejlesztés alatt álló stratégiák közül sok számítógépet és robotikát alkalmaz az optimális készletkészlet megtervezéséhez vagy a folyamat ésszerűsítéséhez. Hertz és kollégái kidolgoztak egy olyan fordulatot, amely miatt nincs szükség a minták kétszeri tesztelésére. Ahelyett, hogy a mintákat külön poolokra bontanák, az egyes mintákat elosztják az átfedő poolok között. Tegyük fel például, hogy ugyanazokat a 100 korábbi mintát teszteli, amelyek közül az egyik pozitív. Ezután a 100 mintát különféle kombinációkban 14 50 csoportba osztja szét. Mindegyik minta hat vagy hét különböző készletben jelenik meg. Egy pozitív esetben egy hat készletből álló szekvenciának pozitívnak kell lennie. Annak ismeretében, hogy melyik minta tartozik egyedileg mind a hat medencéhez - például a 74-es beteg az egyetlen, amely az 1., 2., 7., 9., 12. és 13. medencében jelent meg - nyomon követheti ezt a pozitív eredményt egy pontos egyénre anélkül, hogy tesztelje újra a mintákat. Ha egynél több pozitív eset van a keverékben, ez bonyolultabbá válik, ezért a kutatók számítógépes algoritmust terveztek az összes hordozó azonosítására.

Hertz megközelítése valóban képes a vizsgálatok hatékonyabbá tételére - mondja Allen Bateman, a Wisconsini Állami Egészségügyi Laboratórium fertőző betegségek divíziójának igazgatóhelyettese, ahol a COVID-19 tesztelését felügyeli. De Bateman arra figyelmeztet, hogy az egyes minták nagy csoportokba hígítása a tényleges tesztet kevésbé érzékenysé teheti, mivel a betegség egyes pozitív eseteit negatívnak minősítheti. Az ilyen hamis negatívumok a pandémia kezdete óta a COVID-19 diagnosztikai tesztjeit sújtják.

A kötegelt megközelítés legnagyobb korlátozása, bár mégis megtörténik, kevésbé kapcsolódik magához a teszthez és inkább a betegség természetéhez. A csoportos tesztek jól működnek mindaddig, amíg a kórokozók gyakorisága továbbra is alacsony. De ha túl sok pozitív eset van a tesztelt mintákban, akkor a legtöbb készlet pozitív lesz, és különben is egyedi vizsgálatokkal kell járniuk. Hertz kombinatorikus megközelítése akkor működik a legjobban, ha a betegség prevalenciája egy közösségben nem haladja meg az 5 százalékot, körülbelül 1 százalék az ideális. Egyszerűbb megközelítések, például az Iwen és a CIesek alkalmazottjai, akkor működnek, ha a prevalencia 10 százalék alatt van. Valójában az FDA Iwennek küldött üzenete kijelentette, hogy addig tesztelheti a poolokat, amíg a pozitív teszt aránya ennél a százaléknál alacsonyabb.

Jelenleg bizonytalan, hogy hány pozitív eset kering az Egyesült Államokban, ami megnehezíti, hogy hol érdemes lenne az összevont tesztelés. Az ország késleltetett COVID-19 tesztelésének lehetővé tétele lehetővé tette, hogy a betegség okozta vírus heteken keresztül észrevétlenül terjedjen. Wisconsinban Bateman szerint a laboratóriumában elvégzett tesztek 10-30 százaléka pozitív eredményt ad. De ahogy a görbék ellapulnak, sőt csökkennek, az Egyesült Államok és más országok laboratóriumai lehetőséget látnak a csoportos tesztelésre annak biztosítására, hogy az emberek vírusmentesek legyenek, mielőtt visszatérnek a gyárakba, kórházakba vagy az iskolai rendszerbe.

"Ha viszonylag tünetmentes populációban tesztel, akkor ez nyomon követheti, hogy jön-e egy második hullám, megspórolja-e az erőforrásokat és növeli-e a kapacitást" - mondja Benjamin Pinsky, a Stanfordi Egyetem Klinikai Virológiai Laboratóriumának orvosi igazgatója. Pinsky, aki a járvány kezdetén csoportos teszteket alkalmazott a COVID-19 közösség általi átvitelének nyomon követésére a San Francisco-i öböl körzetében, elmondja, hogy nemrégiben újból gondolt a megközelítés alkalmazására, amikor elkezdte átvilágítani a Stanford Health Care munkatársait. De azért döntött ellene, mert laboratóriuma jelenleg képes kezelni a heti 10 000 vizsgálatot.

Az összegyűjtött minták segíthetnek az országoknak az epidemiológusok által elképzelt három lehetséges jövő elleni küzdelemben: visszatérő kis járványok; a fertőzések és halálozások második, még nagyobb hulláma; vagy tartós válság. Például a Ciesek a német Vöröskereszt Michael Schmidtjével együttműködve alkalmazta azokat a csúcstechnológiás gépeket, amelyek általában a véradás szűrésére vannak fenntartva, hogy a németországi Frankfurti Egyetemi Kórházba került betegek COVID-19 csoportos vizsgálatát végezzék el. Ennek eredményeként azokat a szívbetegségben vagy más betegségekben szenvedő betegeket, akik esetleg elkerülik a kórházat a vírus fertőzésétől való félelem miatt, át lehet szűrni és nem COVID egységekbe lehet helyezni. A kutatók szerint a politikai vezetők arra törekszenek, hogy a gazdaság újbóli megnyitásakor kiterjesszék a szűrést Németország összes kórházára.

"Tudjuk, hogy amikor a személyes kapcsolatok megnőnek, nagyobb a kockázat, mert a vírus nem tűnt el" - mondja Schmidt. „Még mindig Németországban van. Még mindig az Egyesült Államokban van. Úgy gondolom, hogy ez nehéz helyzetet teremt, és ennek kezeléséhez jó stratégiára van szükség.”

Itt olvashat bővebben a Scientific American koronavírus-járványáról, és itt olvashatja el a nemzetközi magazinhálózatunk tudósítását.

A téma által népszerű