Gyors, Hordozható Tesztek Online Módon Elérhetők A Koronavírus-járvány Megfékezésére
Gyors, Hordozható Tesztek Online Módon Elérhetők A Koronavírus-járvány Megfékezésére
Videó: Gyors, Hordozható Tesztek Online Módon Elérhetők A Koronavírus-járvány Megfékezésére
Videó: Jó e a koronavírus kimutatására a PCR teszt? 2023, Február
Anonim

A futárral szállított tesztkészletek és a digitális eszközök együttesen küzdenek a COVID-19 járvány ellen.

Gyors, hordozható tesztek online módon elérhetők a koronavírus-járvány megfékezésére
Gyors, hordozható tesztek online módon elérhetők a koronavírus-járvány megfékezésére

Szingapúr, Tajvan és Hongkong rendkívüli sikere a hirtelen akut légúti szindróma koronavírus-2 (SARS-CoV-2) hatásának korlátozásában azt mutatja, hogy a járványra való hatékony reagálásra a pandémiás készültségbe történő jelentős beruházások révén van lehetőség. Kína közelsége ellenére e három régiónak sikerült alacsonyan tartania az esetszámot és a haláleseteket. Azon korábbi koronavírus-járványokból tanulva, ahol ezek a területek viselik a legnagyobb terhet, gyorsan elterjedt teszteléseket tudtak végrehajtani, kombinálva azokat digitális megfigyeléssel az egyének mozgásának nyomon követésére, és gyanús esetekben szigorú karanténokat vezethetnek be, amellett, hogy nagy mennyiségű egyéni védőeszközt raktak fel felszerelés.

A világ többi részén a legtöbb ország teljesen felkészületlen volt a vírus támadására. Ennek eredményeként számos egészségügyi rendszer szembesült a közösség közvetítésével, mielőtt megfelelő teszteket vezettek be az elkülönítés és a nyomon követés lehetővé tétele érdekében. A közegészségügyi hatóságok gyakran drákói intézkedései és izolációs taktikája ellenére is sokakat elkaptak a SARS-CoV-2 diagnosztikai tesztek validálásában, megvalósításában és terjesztésében, valamint a decentralizált ellátáson alapuló tesztek (POC) létrehozásában. Ez a kép kezd változni, az ilyen tesztek első szállításával (1. táblázat). Ráadásul a jelenlegi válság meghatározó pillanatot jelenthet a CRISPR technológián alapuló diagnosztikához - az első CRISPR génszerkesztő technológián alapuló diagnosztikai teszt csak hetekre lehet. A vírus terjedésének megállításához azonban hatalmas erőfeszítéseket kell tennie a könnyen használható POC-tesztek termelésének növelése, majd széleskörű telepítése érdekében.

Eddig a SARS-CoV-2 járványra adott frontválasz polimeráz láncreakció (PCR) teszt volt. A PCR az arany standard a fertőző ágensek diagnosztizálásában, és előnye, hogy az ilyen vizsgálatokhoz szükséges primerek relatív sebességgel előállíthatók, amint a vírusszekvencia ismert. A SARS-CoV2 kimutatására szolgáló első kvantitatív reverz transzkriptáz-alapú PCR (RT-PCR) teszteket januárban tervezte és terjesztette az Egészségügyi Világszervezet (WHO), nem sokkal a vírus azonosítása után. A vizsgálati protokoll azonban összetett és drága, és főként nagy, központosított diagnosztikai laboratóriumok számára alkalmas. A tesztek elvégzése általában 4–6 órát vesz igénybe, de a klinikai minták kiszállításának logisztikai követelménye azt jelenti, hogy az átfutási idő legjobb esetben 24 óra. Az Egyesült Államokban az Egyesült Államok Betegségellenőrzési Központjai a WHO teszt helyett inkább saját teszt kidolgozását választották. Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatalának húzása a közegészségügyi vagy kórházi laboratóriumok vizsgálatainak elvégzésére való felhatalmazásakor, hiba a kezdeti RT-PCR tesztben használt egyik reagensben, amelyet a Betegségellenőrzési Központok február elején fejlesztettek ki és terjesztettek, és az RNS-extrakciós reagensek hiánya tovább késlelteti a tesztek bevezetését országszerte.

E hiányosságok ellenére a multiplex RT-PCR, amely egyszerre több célszekvenciát tesztel, továbbra is a teszt gerince marad, különösen a központosított laboratóriumokban. Az olyan nagy szolgáltatók, mint a Roche Diagnostics, a Thermo Fisher Scientific, a Qiagen (hamarosan megszerzi a Thermo Fisher) és a Quest Diagnostics automatizált SARS-CoV-2 tesztelő rendszerek és szolgáltatások bevezetésével növelik az ilyen tesztek elvégzésének képességét.

POC tesztekre is szükség van a klinikai döntéshozatal felgyorsításához és a munkaterhelés egy részének levonásához a központosított laboratóriumoktól. A közösségi szinten történő használatra szánt gyors POC teszteket a WHO múlt hónapban Genfbe összehívott szakértői csoportja a nyolc kutatási prioritás közül az elsőként határozta meg. Az Alapítvány az Innovatív Új Diagnosztikához (FIND), egy genfi ​​székhelyű nonprofit szervezet, amely támogatja a diagnosztika fejlesztését és az alacsony jövedelmű országokba történő eljuttatását, segíti ezt a széles körű erőfeszítést azzal, hogy felkéri az assay fejlesztőket, hogy nyújtsák be termékeiket független értékelésre. 220 beadvány érkezett, amelyek értékelése folyamatban van, és a jogosult gyártókkal e hónap végéig felvesszük a kapcsolatot. A FIND összeállította a SARS-CoV-2 diagnosztikai fejlesztők kiterjedt listáját is, amelyet a PCR-alapú nukleinsavdetektáló teszteket vagy immunvizsgálatokat fejlesztő vállalatok dominálnak. A Szingapúri Nemzeti Egyetemen működő Saw Swee Hock Közegészségügyi Iskola szintén szorosan nyomon követi a diagnosztika fejlődését, mind a kereskedelmi társaságokban, mind az akadémiai laboratóriumokban.

Az immunvizsgálatok történeti információkat szolgáltathatnak a vírus expozícióról, valamint diagnosztikai bizonyítékokat. Kihasználják az antitest-antigén felismerést, vagy monoklonális antitestek (mAb) segítségével a vírusantigének kimutatására a klinikai mintákban, vagy klónozott vírusantigének felhasználásával a vírus elleni antitestek kimutatására. Az oldalsó áramlási vizsgálati formátum - lényegében egy kazettába zárt mérőpálca - tartalmazza a rögzítési reagenseket (vagy vírusantigénre irányított mAb-t, vagy vírusantigént, amelyet a betegek antitestjei ismernek fel), rögzítve a nitrocellulóz membrán meghatározott helyein is. jelölt detektor mAb-ként, amelyek ugyanazt a célt ismerik fel. A pozitív eredmény, amelyet az analit és a befogó mAb közötti kötés, valamint a detektor mAb kötése vált ki, színes vonalként látható. Két csepp vér egy tűszúrásból elegendő a vírus kimutatására. Lényegében megegyeznek az otthoni terhességi készletekkel.

Sem a PCR, sem az immunvizsgálati technológiák nem ideálisak. A PCR-tesztek nagyon pontosak és sebességgel fejleszthetők, de bonyolult a használata és lassúak az eredmény eléréséhez. Az immunvizsgálatok kevésbé pontosak, és tovább fejlődik, de könnyen használhatók, és 20–60 perc alatt eredményt hoznak. Mivel az immunvizsgálatok kimutatják a beteg kórokozóval szembeni antitestjeit, ezeknek óhatatlanul meg kell küzdeniük a poliklonális humán antitest válasz eredendő változékonyságával. "Ennek az antitest válasznak a jellemzése időbe telik" - mondja Ranga Sampath, a FIND tudományos vezetője. A validációs teszt során elért eredmények ezért nem feltétlenül replikálódnak a klinikai körülmények között. "Ezek a tesztek általában nem véglegesek - ez az immunvizsgálatok legnagyobb kihívása" - mondja.

Ennek ellenére az immunvizsgálatok gyorsasága és sokoldalúsága felbecsülhetetlen értékű tesztké teszi őket; és a tömeges előállításukra irányuló erőfeszítések kezdenek felerősödni. An-Suei Yang, a Tajvani Tajpejben található Academia Sinica Genomikai Kutatóközpont kutató munkatársa és munkatársai azt állítják, hogy elsőként fejlesztettek ki mAb-t a SARS-CoV-2 nukleokapszid (N) fehérjéjével szemben, amely alapot képezhet. egy gyors antigéntesztet. Emellett további olyan antitesteket is generált, amelyek felismerik mind a SARS-CoV-2, mind az eredeti SARS-CoV N fehérjéket vagy csak a SARS-CoV N fehérjét. Az mAb-k egyike sem kötődik más emberi koronavírustörzsek nukleokapszid fehérjéjéhez. "Sikeres gyártás és validálás esetén a gyors immun alapú tesztkészlet mindössze 20 perc alatt képes detektálni a koronavírus antigént műszer és képzett személyzet nélkül, a gyors influenza LFIA [laterális áramlású immunvizsgálat] költségével és hasznosságával" - mondja. Yang csoportja mindössze 19 nap alatt teljesítette ezt a teljesítményt, az antitest-antigén kölcsönhatások mesterséges intelligencia-modelljeivel dolgozva, amelyeket mesterséges antitest-könyvtárak létrehozásához használtak. A megjósolt antitest DNS kémiailag szintetizálható, és a kapott mAb-k kifejezhetők a baktériumok fágmegjelenítő rendszerein. Az állatok immunizálásának elkerülése monoklonális antitestek előállításához, amelyeket a kötési aktivitás érdekében válogatni kell - a hagyományos módszer szerint a szokásos időkeretből körülbelül két hónapot borotválkozik. A csoport jelenleg az LFIA prototípusán dolgozik, de az ellenanyag-panelt harmadik feleknek is licencbe akarja adni.

Immunanalíziséhez a halifaxi, új-skóciai székhelyű Sona Nanotech a SARS-CoV-2 tüskefehérje S1 doménjét választotta egy antigén alapú LFIA alapjául, amelyet a GE Healthcare Life Sciences-szel együttműködve fejleszt. A tüske (S) fehérje megkönnyíti a vírus bejutását a légúti hámsejtekbe azáltal, hogy megköti a felületükön expresszált angiotenzin-konvertáló 2-es enzimet (ACE2). "Arra számítunk, hogy az elkövetkező hat-nyolc hétben csak egy kutatás céljából használható terméket teszünk elérhetővé" - mondja Darren Rowles vezérigazgató. Ezen túlmenően a vállalat két termék kifejlesztését is tervezi a következő északi félteke influenzaszezonra, amely egyetlen tesztben egyesítené a SARS-CoV-2 és az influenza vírus detektálását.

hírlevél promo
hírlevél promo

Iratkozzon fel a Scientific American ingyenes hírlevelére.

A SARS-CoV-2 elleni poliklonális antitestek kimutatására szolgáló vizsgálatok gyorsabban kidolgozhatók, mint a vírus kimutatására szolgáló tesztek, mivel csak immobilizált rekombináns vírusantigént tartalmaznak (ami sokkal könnyebben előállítható, mint a vírus elleni mAb-k). Hasonló pontosságot kínálnak, mint az mAb-alapú tesztek.

A berlini székhelyű Pharmact már megkezdte egy 20 perces immunvizsgálat szállítását, amely három SARS-CoV-2 antigént tartalmaz: az N fehérjét és az S fehérje S1 és S2 doménjeit. Úgy tervezték, hogy kimutassa azokat a beteg antitesteket, amelyek felismerik ezeket a fehérje szerkezeteket. Célja, hogy áprilisban egymillió tesztre méretezze a termelést. Mint egy ilyen tesztre jellemző, mind az immunglobulin (Ig) M, mind az IgG antitesteket detektálja, amelyek felszabadulnak a fertőzés kezdeti, illetve későbbi szakaszaiban. Validációs vizsgálatokat végzett, amelyek összehasonlították tesztjét a PCR-rel, 114 fertőzött páciens és 126 nem fertőzött kontroll mintájának felhasználásával. A teszt magas pontszámot adott a specificitás szempontjából. "Valódi negatív arányunk 100% -nulla hamis pozitív volt" - mondja Gunther Burgard, a Pharmact orvosigazgatója. Érzékenysége azonban alacsonyabb volt, mivel az IgM válasz nem kínál erős kezdeti jelet. A fertőzés korai szakaszában (4–10. Nap) a teszt IgM komponense mindössze 70% -os érzékenységet biztosít. Ez a 11. és 24. nap között gyorsan, 92,3% -ra emelkedik, és a teszt IgG komponense 98,6% -os érzékenységet kínál a fertőzés ezen szakaszában. Összességében a teszt hamis negatív aránya 13%, mondja Burgard.

A decentralizált tesztek és az epidemiológiai felügyelet integrálása tovább erősítené a közegészségügyi hatóságok kezét a SARS-CoV-2 járvány ellen. A washingtoni egyetem vezetésével végzett seattle-i influenza-tanulmány a jelenlegi válsághoz innovatív megközelítést alkalmaz a szezonális influenza-járványok városi szintű nyomon követésére. Azok a résztvevők, akiknél légzési tünetek jelentkeznek, elektronikusan igényelhetnek egy orrtörlő készletet, amelyet futár szállít. A toborzást, a beleegyezést és az adatgyűjtést mind elektronikus úton végzik, de a protokoll a központosított laboratóriumi vizsgálatokon alapszik, nem pedig a POC teszten. Finnországban egy tanulmány kimutatta, hogy valós idejű epidemiológiai megfigyelésre volt lehetőség az automatizált POC-tesztek és a laboratóriumi információs rendszerek integrálásával. A finn ArcDia, Turku által kifejlesztett POC rendszer, a mariPOC Respi mostantól a felhőn keresztül továbbítja az adatokat. Jelenleg tizenegy légzőszervi kórokozóra terjed ki, köztük tíz vírusra (köztük az OC43 koronavírus, a három, csak enyhe betegséget okozó emberi koronavírus egyikére) és egy baktériumfajra. A vállalat most néhány hónapon belül tervezi a SARS-CoV-2 bevonását paneljébe. A mariPOC Respi rendszer nem nagy áteresztőképességű eszköz: egy asztali analizátorra támaszkodik, amely naponta körülbelül száz mintát képes feldolgozni, de a reagensköltségek a PCR-vizsgálatokhoz kapcsolódó költségek körülbelül egyharmadát teszik ki. Közösségi környezetben, például nagy alapellátási központokban található. Noha 50% -os piaci részesedéssel rendelkezik Finnországban, a felvétel másutt eddig korlátozott volt. "Az alapvető laboratóriumok a multiplex PCR-t részesítik előnyben" - mondja Aleksi Soini, az ArcDia stratégiai és üzletfejlesztési vezető alelnöke. Ezeknek a létesítményeknek a vezetői a diagnosztika véleményvezetői, és vonakodnak lemondani a decentralizált tesztelési rendszerek hatalmáról. "Strukturális kérdés" - mondja Soini. A Scanwell Health arra készül, hogy elindítson egy még decentralizáltabb tesztet - egy házhoz szállított immunvizsgálatot és egy kísérő okostelefonos alkalmazást, amely lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy megosszák az eredményt orvosával vagy ápolónőjével. Megszerezte az Egyesült Államok jogait a Tangshan, a kínai székhelyű Innovita Biological Technology antitestalapú immunvizsgálatára (1. táblázat).

A PCR természetesen a ma már több évtizedes tudományon alapszik. A Mammoth Biosciences és a Sherlock Biosciences, a CRISPR úttörői, Jennifer Doudna és Feng Zhang társaságai mindkettő célja, hogy megfeleljen a pontosságának, miközben valódi POC tesztsebességet ér el, a CRISPR – Cas szerkesztés sajátosságainak és érzékenységének felhasználásával a POC SARS-CoV- 2 teszt. A mamut tudósok a kaliforniai Kaliforniai Egyetem (San Francisco) és a Kaliforniai Közegészségügyi Minisztérium munkatársaival együtt nemrégiben beszámoltak SARS-CoV-2 DETECTR, egy oldalsó áramlási vizsgálat tervezéséről és teljesítményéről, amelynek végrehajtása 30 percet vesz igénybe. vagy körülbelül 45 perc, beleértve egy RNS-extrakciós lépést. A teszt a vírus RNS egyidejű reverz transzkripcióját és a hurok által közvetített amplifikációt alkalmazza, egy egyszerűsített nukleinsav-amplifikációs technikát, amely PCR-stílusú primereket használ, de nem igényel ismételt melegítési és hűtési ciklusokat. Az amplifikált nukleinsavat ezután egy vezető RNS (gRNS) molekula célzó szekvenciákkal inkubáljuk a SARS-CoV-2 burkoló (E) és N génjeiben, valamint az lbCas12a enzimben, amely a gRNS által közvetített célhely felismerése után a közelben hasít. egyszálú DNS (ssDNS) válogatás nélkül. Ez lehetővé teszi olyan ssDNS-alapú riportermolekulák hozzáadását, amelyek megerősítik a vírusos RNS jelenlétét.

Az RT-PCR elleni kezdeti validációs teszt szerint 6 SARS-CoV-2 fertőzött beteg, 12 szezonális influenzával vagy három enyhe tüneteket okozó koronavírustörzs (OC43, HKU1 és NL63) fertőzött beteg és 5 egészséges önkéntesek, a teszt pozitív predikciós értéke 100%, a negatív predikciós értéke 91,7% volt. "A további validálás kellős közepén vagyunk" - mondja Trevor Martin, a Mammoth társalapítója és vezérigazgatója. A vállalat célja, hogy a tesztet a lehető leggyorsabban eljuttassa. "Ideális forgatókönyv szerint hetek, nem hónapok" - mondja. Célszerűen egyszerűsített reagensekkel tervezték, hogy lehetővé tegye az egyszerű gyártást. "Nincs semmi túl egzotikus abban, amit használsz, eltekintve magától a CRISPR fehérjétől" - mondja. A reagensek liofilizálása és hordozható mikrofolyadék-patronok kifejlesztése a teszt futtatásához lehetővé tenné a laboratóriumi beállításokon kívüli telepítést.

A Sherlock Biosciences számos SARS-CoV-2 kezdeményezésen is dolgozik. "Az egy dolog, hogy gyorsan alkalmazzuk a technológiát" - mondja a Sherlock vezérigazgatója és társalapítója, Rahul Dhanda, de "a piacra jutáshoz sokkal többre van szükség, mint a teszt működéséhez." A vállalat célja partnerek bevonása, hogy hozzáférjenek szabályozási szakértelmükhöz, valamint gyártási és terjesztési izmaikhoz. Szövetséget kötött a Cepheiddel, hogy CRISPR-alapú teszteket dolgozzon ki számos fertőző betegségre, köztük a COVID-19-re, amelyek az utóbbi cég GeneXpert automatizált molekuláris diagnosztikai rendszerein fognak futni. A kapcsolat már a jelenlegi válság kitörése előtt megvitatásra került, de nyilvánvaló lépés volt a SARS-CoV-2 bevonása. Tekintettel a jelenlegi válság sürgősségére, Sherlock azt is vizsgálja, hogy egyszerűbb tesztet hozhat-e piacra rövidebb idő alatt. "Elkezdtünk együttműködni a készletgyártókkal annak eldöntésében, hogy össze tudunk-e állítani egy készletet" - mondja Dhanda. "Van az akut válasz és az átfogó válasz, amelyre mindannyian gondolnunk kell."

Tekintettel a jelenlegi járvány pályájához kapcsolódó bizonytalanságokra, nem világos, hogy a CRISPR technológia jelentős mértékben hozzájárul-e a SARS-CoV-2 előrehaladásának nyomon követésére irányuló globális erőfeszítésekhez. De sürgetőnek tűnik egy ilyen technológia iránti igény. "Ez nagy rést tárt fel a molekuláris diagnosztika piacán" - mondja Martin. Ez csak egy a sok hiányosságtól a legtöbb ország vírusjárványra való felkészültségének szintjén.

A koronavírus kitöréséről itt olvashat bővebben.

A téma által népszerű