诊断的重要性在应对COVID-19大流行

大规模测试和接触者追踪是努力控制疫情的中心。这依赖于诊断测试可以快速,准确、可靠地检测到SARS-CoV-2。

2019年12月,新型冠状病毒SARS-CoV-2以来首次出现在中国,迅速传播到世界各地。COVID-19疾病引起,导致超过一百万人死亡,给卫生系统极端压力和经济。

“疫苗被开发出来之前,我们的主要的方法是检测和预防艾滋病毒传播的,”说查兹Langelier加州大学旧金山分校医学方面负责人。

研究人员竞相开发诊断测试,能够快速、准确地识别目前SARS-CoV-2感染的人,通过特定病毒核酸的检测(分子测试)或蛋白质(抗原测试),或如果他们以前有接触病毒,通过检测anti-SARS-CoV-2抗体(血清学测试)。

“SARS-CoV-2包围的RNA基因组包含几个不同的脂质膜蛋白质,“Langelier说。”可能是最著名的是“飙升”蛋白质,这是重要的介导病毒进入宿主细胞。”

许多临床诊断实验室目前依靠分子测试基于聚合酶链反应(PCR)检测SARS-CoV-2感染患者样本,如喉咙或鼻拭子。

“pcr测试可能是最广泛使用和被认为是“黄金标准”“敏感性和特异性,”Langelier说。

然而,随着PCR检测需要专业设备和训练有素的人员,注意力转向低成本的发展,便携式技术可以提供更快的结果。抗原测试已经开始部署作为一种低成本的筛查工具,和替代分子测试给未来带来了巨大的潜力。

PCR测试的“黄金标准”

在2020年1月底之前, SARS-CoV-2基因组序列是可用的 ,使研究人员能够设计PCR检测,今天现在在常规使用。

该技术涉及到从一个病人样本中提取病毒RNA,这通常是一个收集的拭子上呼吸道。将它转化为互补DNA后,病毒基因组的特定部分在热循环放大,然后产品检测。

“PCR测试是为了检测病毒基因组的部分,“Langelier说。“但确切的目标可能不同,这取决于试验。”

研究人员正在密切关注病毒进化——新菌株的出现可能会导致误报警。

“SARS-CoV-2变异每隔两周左右,这是相对较慢病毒,”说 艾米丽·克劳福德 助理兼职教授在加州大学旧金山分校和组长陈扎克伯格BioHub。“但一个单点突变引物或探针结合位点可以杀死PCR试验检测病毒的能力。”

为了解决这一问题,大多数分析是基于至少两个不同的目标,大大降低自发突变的机会出现在两个地方。

“我们使用的测试在我们实验室目标N基因和E基因的病毒,”克劳福德解释说。“所以,我们会很快提醒如果我们的确看到一个样本基因检测非常强劲,另一个在低水平,要么一无所有。“N基因含有病毒的指令 核衣壳蛋白 和E基因编码 包膜蛋白 。

正在进行的挑战

的 敏感性和特异性PCR检测可以超过95% , 当在理想的条件下进行。但在现实世界中,口腔拭子检测的性能可能会降低由于其他因素,例如当以及收集到的样本。

“我们知道,病毒载量的山峰大约一天前一个人产生任何症状——如果他们要开发,然后减少,“Langelier说。“所以如果你收集样本两周后他们的第一个症状,病毒的数量要低得多,影响的敏感性测试”。

的特异性PCR-testing可以成为一个主要问题与其他病毒材料通过样品的交叉污染。例如,今年早些时候 污染的测试套件组装在美国疾病控制和预防中心实验室 使它们失去了效果。

“病毒载量在某些患者样本是如此之高,如果他们不小心翼翼地处理,他们可以交叉感染其他人,“Langelier解释道。“这可能是一个常见的问题比我们欣赏。”

另一个主要挑战是,病毒载量的阈值,需要一个人感染是目前未知。

“我们看到,不同样品的病毒载量的巨大差别,从大约一百病毒基因组拷贝到一千亿拷贝/毫升左右,”克劳福德说。”,提出了一个挑战,因为我们需要有一个分析,可以准确地检测非常高和低滴度的病毒,但我们不知道是否有人与低浓度可能会将它传递给其他人。”

快速抗原检测是一个潜在的改变

减缓SARS-CoV-2的传播,大多数专家一致认为,应该关注识别和隔离传染病的人。从理论上讲,这可能是通过使用新的快速抗原检测, 第一次收到的最近的紧急使用授权的美国食品和药物管理局(FDA)。

典型的抗原测试也通常始于一个鼻子和咽喉拭子——尽管一些正在开发使用唾液样本。添加解决方案分解后病毒,然后添加到混合层流地带包含绑定到一个特定的病毒抗原的抗体。

“这些化验可以放在一个小卡片,会给你一个读出”描述Langelier。“所以,你可能会看到一个乐队,只有出现如果SARS-CoV-2抗原存在,类似于家用早孕检测试纸”。

Antigen-based测试是便宜得多,比pcr检测,因为他们不需要任何专业设备,它们可以用于快速设置。但成本是降低灵敏度。

“据估计,目前市面上的抗原检测极限测试可能是10棵高于pcr检测,“Langelier说。“这可能会给你一个假阴性结果的人有少量SARS-CoV-2身体。” 消极的结果通过抗原检测与分子可能会需要确认测试帮助告知治疗决策。

但这可能不太重要,如果测试的目标是确定当人们传染。

“有越来越多的数据表明大多数人轻度或者中度疾病不再是感染后7 - 10天,“Langelier解释道。“所以antigen-based测试可能是非常有效的识别当人们最有可能能够传递下去,只要他们经常做的。”

基于抗体的测试提供了另一种诊断策略。这些是blood-based免疫测定,旨在检测特定的免疫系统产生的抗体反应SARS-CoV-2感染。

”需要7到10天左右的人产生足够的抗体检测到一个试验,他们没有一个角色在诊断急性感染,”Langelier说。“但他们可能有助于确认病例是高度怀疑COVID-19,但仍- PCR测试。“抗体测试可以帮助确认SARS-CoV-2感染时不可能得到一个准确的结果与PCR,比如如果样本收集了超过8天之后开始出现症状。

Platelia SARS-CoV-2总Ab化验
检测IgM、IgA免疫球蛋白在一个测试

Bio-Rad提供Platelia SARS-CoV-2总Ab的检测化验总anti-nucleocapsid抗体(IgM, IgA免疫球蛋白)SARS-CoV-2,病毒与COVID-19有关。提供高特异性和敏感性没有大,测定有助于个体认同SARS-CoV-2的适应性免疫反应。

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新的分子测试管道

另一种技术,即 Loop-mediated等温扩增(灯) 吸引了越来越多的关注,因为它有可能更便宜,更快,更容易比PCR进行。技术放大了病毒遗传物质目标的方式就像PCR,但它不需要热循环。

”从理论上讲,这意味着它可用于快速设置,你不能访问的机器,”克劳福德解释说。“但也有缺点,因为这些技术通常不敏感或特定PCR。”

CRISPR,最好称为基因编辑技术,也有巨大的潜力作为诊断工具。涉及的方法绑定到一个特定的蛋白质序列的病毒基因组,然后检测交互。

“这是非常具体的,但它不是敏感的PCR,”克劳福德说。“但是人们做什么与CRISPR结合等温扩增,这意味着你可以得到很好的敏感性和特异性。”

但是许多研究人员谨慎CRISPR-based测试的准备,帮助解决当前流感大流行。

“我认为有一个诱惑,找一个很酷的新玩具,要解决我们所有的问题,”克劳福德说。“但是,在现实中,仍有很多挑战。”

另一个潜在的方法是检测宿主免疫反应的变化,而不是病毒本身的存在。例如,Langelier的小组的研究表明 上呼吸道跟踪模式的基因活动是独一无二的SARS-CoV-2相比其他呼吸道疾病 ,他说,“可以利用在一个试验”。

诊断占据了舞台的中心位置

大规模快速诊断测试的人症状识别SARS-CoV-2 COVID-19至关重要的感染,遏制疾病蔓延,防止死亡。

“直到我们有疫苗,我们的主要方法是将测试和防止传播,“Langelier说。“容易和频繁访问诊断检测可能有助于克服很多感染预防控制当前的挑战。”

长期目标是达到一个临界点广泛测试SARS-CoV-2感染不再是必要的。但这是不太可能很快出现。

“即使我们有疫苗,我认为诊断测试将继续发挥关键作用的识别和预防感染,”Langelier说。