Nyál tesztek: Hogyan működnek és mit hoznak a COVID-19-hez

Az egyetemek és az egészségügyi intézmények nyársteszteket terveznek felhasználni nagyszabású szűrések elvégzésére.

Amanda Heidt

2020. július 9

FENT: A Columbia Egyetem egy új tesztje a nyálat elemzi a SARS-CoV-2 genetikai nyomaira a LAMP segítségével. A vírusos RNS-t tartalmazó minták színe vörösről sárgára változik.
ZEV WILLIAMS/COLUMBIA EGYETEM UTASÁGA

A védőfelszerelések és a vizsgálati felszerelések folyamatos hiánya miatt az egészségügyi szakemberek alternatívákat kerestek a COVID-19 esetek pontos diagnosztizálására, világszerte több mint 11 millió esetet és több mint 530 000 halált okozó járványra. A nasopharyngealis törlőkészletek egyike volt az első olyan vizsgálati anyagnak, amely március közepén kevés volt, ami az orrvesszők elfordulását idézte elő. Újabban a nyál alapú tesztek vonzó, olcsó alternatívaként jelentek meg.

Az első köpési teszteket már eladják a fogyasztóknak, és hamarabb felkészültek arra, hogy hamarosan az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatalától kérjenek sürgősségi felhasználási engedélyt. Míg a nyál nyers minta lehet a betegség diagnosztizálására a hagyományos PCR alkalmazásával, jól párosul egy olcsó PCR alternatívával, amelyet hurok-mediált izotermikus amplifikációnak (LAMP) neveznek, amelyet korábban a Zika és az Ebola kitöréseinek kimutatására használtak az erőforrásokkal szegény országokban. Egy globális járvány hajtotta, az Egyesült Államok és az Egyesült Királyság kutatói most módosítják a LAMP-t, és felmérik annak hasznosságát a COVID-19 diagnosztikai eszközeként.

"A tesztválasztás diverzifikálásával diverzifikálja az ellátási láncot is" - mondja Robert Meagher, a Sandia Nemzeti Laboratórium vegyészmérnöke, aki eszközöket fejleszt ki a kialakulóban lévő betegségek diagnosztizálására. További vizsgálati lehetőségek rendelkezésre bocsátása az egészségügyi dolgozók számára segít az elmaradások mérséklésében, ha egy reagens vagy anyag kevés.

Megkapja a lakhatási adatait, az étkezőkártyáját, az igazolványát, és elküldi a nyálmintáját is.

A nyál alapú tesztelés javulást kínál a szokásos nasopharyngealis tamponnal szemben, mert az emberek minimális kényelmetlenséggel gyűjthetik saját mintáikat - egyszerűen egy steril csőbe köpve továbbítják laboratóriumba feldolgozás céljából. A májusi Rutgers Egyetem sürgősségi felhasználási engedélye miatt most néhány vizsgálatot a betegek saját otthonukban is elvégezhetnek, lehetővé téve a személyzet és a védőfelszerelések megmentését, amikor a legnagyobb szükség van rájuk. Andrew Brooks, a tesztet kifejlesztő Rutgers-féle biorepository, a RUCDR Infinite Biologics technológiai fejlesztési igazgatója szerint az otthoni tesztelés használata „teljesen csökkenti a betegség megfertőződésének kockázatát, amíg tesztet kap”, és csak kesztyűt igényel.

Számos vállalat online megrendelések útján értékesíti a Rutgers készleteit közvetlenül a fogyasztók számára, bár az összes tesztet feldolgozás céljából vissza kell küldeni a New Jersey-i laboratóriumába. Pozitív eredményeket jelentenek a helyi egészségügyi tisztviselőknek, és az egyéneknek tanácsot adnak a válaszadásra.

Az egyetemek és az orvosok egyaránt tervezik a nyál alapú mintavétel beépítését a COVID-19 diagnosztizálásához szükséges munkafolyamatukba. Az Egyesült Királyság kormánya a közelmúltban az Optigene molekuladiagnosztikai céggel együttműködve több mint 14 000 ember bevonásával készített kísérleti tanulmányt a nyálvizsgálat hatékonyságának tesztelésére. Az Egyesült Államokban a Chicagói Egyetem köpésvizsgálatokkal tisztítja a betegeket a következő néhány évben a kórházban végzett választott műtétek előtt - mondja a The Scientistnek Evgeny Izumchenko, az UChicago onkológusa, aki segített az egyetem tesztjének kidolgozásában.

Egy másik szűrőalkalmazásban Martin Burke, az Illinoisi Egyetem vegyésze azt tervezte, hogy egy új tesztet használ, amelyet saját és munkatársai készítettek több mint 50 000 hallgatóra, amikor ősszel visszatérnek az egyetemre. "Úgy gondoljuk, hogy ez csak a tájékozódásuk része lesz" - mondta Burke egy június 16-i webinárium során. "Tehát megkapja a lakhatási adatait, az étkezőkártyáját, az igazolványát, és elküldi a nyálmintáját is."

A könnyű mintavétel ellenére a nyál nem kihívások nélküli. A PCR-hez a vírus RNS-jét először reverzen kell átírni DNS-be, és a nyál olyan enzimeket tartalmaz, amelyek rágják a nukleinsavakat és inhibitorokat, amelyek megzavarják a vírus kimutatásához használt DNS-amplifikációs folyamatot. Ennek eredményeként a nyálat gyakran meg kell tisztítani, mielőtt a DNS felerősödhet. „Ez egyfajta dogma. . . hogy abszolút tiszta DNS-sel vagy RNS-sel kell kezdeni - mondja Meagher.

LÁMPA a reflektorfényben

Míg a kvantitatív reverz transzkripciós PCR továbbra is a COVID-19 diagnosztizálásának leggyakrabban használt módszere, függetlenül a minta begyűjtésétől, a csővezeték számos szűk keresztmetszete a megközelítés magas költségéből és alacsony skálázhatóságából fakad, mondja Meagher. Egyetlen asztali hőciklusos gép, amely a hőmérséklet-változásokat vezérli a PCR során, általában körülbelül 25 000 dollárba kerül, és általában egyszerre csak 96 és 384 minta között futtatható.

E kihívások kezelésére a Columbia Egyetem kutatócsoportja nemrég módosított egy termékenységi klinikáján alkalmazott LAMP-protokollt, hogy azonosítsa az emberi embriók kromoszómaszámának rendellenességeit. A kromoszómák megszámlálása helyett az eszköz már fél óra alatt felismeri a nyálban a SARS-CoV-2 RNS jelenlétét, a vírus jelenlétében a minta színét vörösről sárgára változtatja.

"A COVID-19 járvány esetében valóban úgy érezték, hogy a nagy kihívás az, hogy megpróbálják a tesztet oda juttatni, ahol arra szükség van" - mondja Zev Williams, a teszt kifejlesztésében segítő reproduktív endokrinológus. "A tökéletesen pontos tesztek, amelyek napokig tartanak, mire visszajönnek eredményekkel, és csak néhány beteg számára végezhetők el, nem elegendőek a probléma kezelésére."

A csapat új tesztje egyike a LAMP használatának. A PCR-rel ellentétben, amely ciklikus hőmérséklet-változások révén új DNS-másolatokat hoz létre, a LAMP-reakciók állandó 63 ° C-on zajlanak, így nincs szükség komplex gépekre. A reakcióban használt vegyszerek robusztusabbak a nyálban lévő enzimekkel és inhibitorokkal szemben, felszámolva az egyes minták tisztításának szükségességét.

Ha ez a teszt elérhetővé válik. . . sokan megszerezzük és kipróbáljuk. Ha ez sikerül, ahogy mondani szokták, az csodálatos kiegészítő lehet.

"Nagyon korán felismerték a [LAMP] -ot valamire, amelynek alkalmazásai lehetnek a kórokozók kimutatására" - mondja Meagher, aki maga is használta a LAMP-t Zika és Ebola tanulmányozásához. "Lehetséges egy nagyon leegyszerűsített" minta a válaszban "típusú vizsgálat, amelyet sokkal nehezebb elérni PCR-rel."

A LAMP-ot hagyományosan az erőforrásokkal szegény országokban telepítették, mert kevesebb energiát és felszerelést igényel, mint a PCR. De a jelenlegi járvány idején az egész világ erőforrásai korlátozottá váltak, és Meagher hangsúlyozza, hogy a LAMP ugyanolyan hasznos lehet a felmerülő betegségek diagnosztizálásában az első világ országaiban, például az Egyesült Államokban. A floridai 2016-os Zika-járvány idején a diagnosztikai tesztek feldolgozása néha akár nyolc hétig is eltarthat, mondja Meagher, és "egy olyan technika, mint a LAMP, hatalmas változást hozott volna az Egyesült Államokban is".

Lásd: „Gyors és olcsó Zika-észlelés”

A Williams módosított LAMP-vizsgálatának részletezéséről szóló, június 16-án a medRxiv preprint szerveren közzétett jelentés egy „nagy teljesítményű LAMP-t” ír le, amely a szokásos LAMP-vizsgálat érzékenységének 1000-szerese, és képes a SARS-CoV-2 vírus egyetlen példányának kimutatására. mindössze egy mikroliter nyálban. Más módszerekkel, például az RT-kvantitatív PCR-rel összehasonlítva, Williams szerint az új LAMP-vizsgálat néha még érzékenyebb is lehet.

Williams elképzelése szerint tesztjét tömeges szűrések elvégzésére használják repülőtereken, irodákban és iskolákban, még az alacsony vírusterheléssel járó tünetmentes betegek azonosítására is. "Nem az a beteg, aki beteg és kórházban van" kezelésre szorul - hangsúlyozza. "Bánnunk kell azzal az emberrel, aki jól van, metrózik és továbbítja." A csapat jelenleg sürgősségi felhasználásra vonatkozó engedélyt kér.

Alan Wells, a Pittsburghi Egyetem UPMC Klinikai Laboratóriumainak orvosi igazgatója szkepticizmusát fejezte ki azzal kapcsolatban, hogy bármely LAMP-vizsgálat ugyanolyan érzékeny lehet, mint a hagyományos PCR. "Bár elméletben ugyanolyan érzékenyek lehetnek, a gyakorlatban még nem kellett látnom" - mondja Wells a The Scientist-nek, hozzátéve, hogy a LAMP-vizsgálatok eredendően kevésbé hatékonyak a DNS amplifikálásában, mint a PCR. „Ha ez a teszt elérhetővé válik. . . sokan megszerezzük és kipróbáljuk. Ha ez sikerül, ahogy mondják, az csodálatos kiegészítő lehet. "

Noha Williams tanulmánya még nem esett át szakértői értékelésen, korántsem az egyetlen kutatás arra utal, hogy a LAMP ugyanolyan érzékeny lehet, mint a PCR-alapú módszerek. Számos projekt már megkezdte a minták feldolgozását a LAMP segítségével. Az angliai kísérleti tanulmány például a saját LAMP protokollját használja, és a Beaumont Health, Michigan legnagyobb egészségügyi rendszerének kutatói új LAMP tesztet is meghirdettek a nyálminták feldolgozására.

"Soha életemben nem éreztem ekkora stresszt vagy nyomást" - mondja Brooks, hozzátéve, hogy az elmúlt négy hónapban gyakran dolgozott 22 órás napokat azért, hogy a köpési tesztet piacra hozza. „Mindannyian egy másik szintre emeltük a fontossága miatt. Remélem, soha életünkben soha nem látunk még hasonlót. ”