Университетите и здравните заведения планират да използват тестове за плюене за провеждане на мащабен скрининг.
Аманда Хайт
9 юли 2020 г.
НАГОРЕ: Нов тест от Колумбийския университет анализира слюнката за генетични следи от ТОРС-CoV-2 с помощта на LAMP. Пробите, които съдържат вирусна РНК, променят цвета си от червен на жълт.
ЛЮБИМОСТТА НА УНИВЕРСИТЕТА НА ZEV WILLIAMS/COLUMBIA
Изправени пред продължаващата липса на защитно оборудване и консумативи за тестване, медицинските специалисти търсят алтернативи за точно диагностициране на случаи на COVID-19, пандемия, която е причинила повече от 11 милиона случая и повече от 530 000 смъртни случая по целия свят. Доставките от тампони от назофаринкса бяха едни от първите материали за изпитване, които се изчерпаха в средата на март, което накара да се въртят тампоните от носа. Съвсем наскоро тестовете на базата на слюнка се появиха като привлекателна, евтина алтернатива.
Първите тестове за плюене вече се продават на потребителите, като по-скоро ще кандидатстват за разрешение за спешна употреба от Американската администрация по храните и лекарствата. Докато слюнката може да бъде сурова проба за диагностициране на заболяване, използвайки традиционна PCR, тя се сдвоява добре с евтина алтернатива на PCR, известна като циклично медиирано изотермично усилване (LAMP), използвана преди за откриване на огнища на Zika и Ebola в страни с бедни ресурси Задвижвани от глобална пандемия, изследователи от САЩ и Великобритания сега модифицират LAMP и оценяват неговата полезност като диагностичен инструмент за COVID-19.
„Диверсифицирайки възможния избор на анализ, вие диверсифицирате и веригата на доставки“, казва Робърт Мийгър, инженер по химикали в Националните лаборатории на Sandia, който разработва инструменти за диагностика на възникващи заболявания. Предоставянето на допълнителни опции за тестване на здравните работници ще помогне за смекчаване на изоставанията, ако един реагент или материал свърши.
Получавате информацията за жилището си, картата си за хранене, личната си карта и изпращате проба от слюнка.
Тестовете, базирани на слюнка, също предлагат подобрение спрямо стандартния назофарингеален тампон, защото хората могат да събират свои собствени проби с минимален дискомфорт - просто плюят в стерилна епруветка и го изпращат в лаборатория за обработка. И поради разрешението за спешна употреба, дадено на университета Рутгерс през май, някои тестове вече могат да се извършват от пациенти в собствените им домове, позволявайки да се спести персонал и защитно оборудване, когато са най-необходими. Андрю Брукс, директор по технологично развитие в RUCDR Infinite Biologics, свързаното с Rutgers биохранилище, разработило теста, казва, че използването на тестове в домашни условия „напълно намалява риска от заразяване с болестта, докато получавате тест“ и изисква само ръкавици.
Няколко компании продават комплектите на Rutgers директно на потребителите чрез онлайн поръчки, въпреки че всички тестове трябва да бъдат изпратени обратно в лабораторията му в Ню Джърси за обработка. Положителните резултати се докладват на местните здравни служители и хората се съветват как да реагират.
Университетите и клиницистите сега планират да включат вземане на проби на базата на слюнка в своя работен процес за диагностициране на COVID-19. Правителството на Обединеното кралство наскоро си партнира с компанията за молекулярна диагностика Optigene, за да разработи пилотно проучване, включващо повече от 14 000 души, за да тества ефективността на своя тест за слюнка. В САЩ Университетът в Чикаго ще използва тестове за плюене, за да изчисти пациентите преди планови операции в болницата си през следващите няколко години, казва Евгений Изумченко, онколог от Университета в Чикаго, който помогна за разработването на теста на университета, казва The Scientist.
В друго скринингово приложение химикът от Университета на Илинойс Мартин Бърк изложи планове да използва нов тест, създаден от него и негови колеги, върху над 50 000 студенти, когато се завърнат в кампуса през есента. „Предполагаме, че това ще бъде само част от тяхната ориентация“, каза Бърк по време на уеб семинар на 16 юни. „Така получавате информацията за жилището си, картата си за хранене, личната си карта и изпращате проба от слюнката си.“
Въпреки лекотата на вземане на проби, слюнката не е без предизвикателства. За PCR, РНК на вируса трябва първо да се транскрибира обратно в ДНК и слюнката съдържа ензими, които дъвчат нуклеинови киселини и инхибитори, които пречат на процеса на усилване на ДНК, използван за откриване на вируса. В резултат на това слюнката често трябва да се пречиства, преди ДНК да може да се усили. „Това е нещо като догма. . . че трябва да започнете с абсолютно чиста ДНК или РНК “, казва Мигър.
ЛАМПА в светлината на прожекторите
Докато количествената PCR с обратна транскрипция остава най-използваният метод за диагностициране на COVID-19, независимо от начина на събиране на пробата, много от пречките в тръбопровода произтичат от високата цена и ниската мащабируемост на подхода, казва Meagher. Единичен настолен термоциклер, машината, която контролира температурните промени по време на PCR, обикновено струва около 25 000 щатски долара и обикновено може да работи само между 96 и 384 проби в даден момент.
За да се справи с тези предизвикателства, екип от изследователи от Колумбийския университет наскоро модифицира LAMP протокол, използван от тяхната клиника за плодовитост, за да идентифицира аномалии в броя на хромозомите в човешки ембриони. Вместо да брои хромозомите, инструментът вече открива присъствието на SARS-CoV-2 РНК в слюнката само за половин час, променяйки цвета на пробата от червен на жълт, когато вирусът е наличен.
„За пандемията на COVID-19 наистина се чувстваше, че голямото предизвикателство е да се опитате да изведете теста там, където е необходим“, казва Зев Уилямс, репродуктивен ендокринолог, който е помогнал при разработването на теста. „Перфектно точните тестове, които отнемат дни, за да се върнат с резултати и могат да бъдат дадени само на малък брой пациенти, не са достатъчни за справяне с проблема.“
Новият тест на екипа е един от няколкото, използващи LAMP. За разлика от PCR, който създава нови копия на ДНК чрез циклични температурни промени, LAMP реакциите протичат при постоянни 63 ° C, премахвайки необходимостта от сложни машини. Химикалите, използвани в реакцията, също са по-стабилни срещу ензимите и инхибиторите в слюнката, премахвайки необходимостта от пречистване на всяка проба.
Ако този тест стане наличен. . . много от нас ще го придобият и тестват. Ако се получи така, както се казва, това може да бъде прекрасно допълнение.
„Много рано [LAMP] беше признат за нещо, което ще има приложения за откриване на патогени“, казва Meagher, който сам използва LAMP за изследване на Зика и Ебола. „Имате потенциал за значително опростен вид анализ„ извадка в отговор “, което е много по-трудно да се постигне с PCR.“
LAMP традиционно се използва в страни с бедни ресурси, тъй като изисква по-малко енергия и оборудване от PCR. Но при сегашната пандемия целият свят донякъде е ограничен до ресурсите и Мегър подчертава, че LAMP може да бъде също толкова полезен при диагностицирането на нововъзникващи заболявания в държави от първия свят като САЩ. По време на избухването на Зика във Флорида през 2016 г., диагностичните тестове понякога могат да отнемат до осем седмици, за да се обработят, казва Meagher, а „техника като LAMP би направила огромна разлика и в Съединените щати“.
Вижте „Бързо и евтино откриване на Zika“
Доклад, подробно описващ модифицирания LAMP анализ на Williams, публикуван на 16 юни на сървъра за предпечат medRxiv, описва „LAMP с висока производителност“ с 1000 пъти по-голяма чувствителност от стандартния LAMP анализ, способен да открие едно копие на вируса SARS-CoV-2 в само един микролитър слюнка. В сравнение с други методи като RT-количествена PCR, казва Уилямс, новият LAMP анализ понякога може да бъде дори по-чувствителен.
Уилямс предвижда неговият тест да се използва за провеждане на масови прожекции на летища, офиси и училища, за да се идентифицират дори безсимптомни пациенти с нисък вирусен товар. „Не е болният и болничният човек“, който се нуждае от лечение, подчертава той. „Трябва да се отнасяме към човека, който е добре, и се вози в метрото и го предава.“ В момента екипът кандидатства за разрешение за спешна употреба.
Алън Уелс, медицинският директор на Университета в Питсбърг, UPMC Clinical Laboratories, изрази скептицизъм, че всеки LAMP анализ може да бъде толкова чувствителен, колкото традиционната PCR. „Въпреки че те биха могли да бъдат толкова чувствителни на теория, на практика тепърва предстои да го видя“, казва Уелс на The Scientist, добавяйки, че LAMP анализите са по същество по-малко ефективни при усилване на ДНК, отколкото е PCR. „Ако този тест стане наличен. . . много от нас ще го придобият и тестват. Ако се получи така, както се казва, това може да бъде прекрасно допълнение. "
Въпреки че хартията на Уилямс все още не е била подложена на партньорска проверка, тя далеч не е единственото изследване, което предполага, че LAMP може да бъде толкова чувствителен, колкото методите, базирани на PCR. Няколко проекта вече започнаха да обработват проби с помощта на LAMP. Пилотното проучване в Англия, например, използва свой собствен LAMP протокол, а изследователи от Beaumont Health, най-голямата здравна система в Мичиган, също обявиха нов LAMP тест за обработка на проби от слюнка.
„Никога през живота си не съм изпитвал толкова стрес или натиск“, казва Брукс и добавя, че през последните четири месеца често е работил 22-часови дни, за да пусне на пазара своя тест за плюене. „Всички го издигнахме на друго ниво поради важността му. Надявам се никога повече да не видим нещо подобно през живота си. "