Video: Koroonaviiruse Testide Puudus Käivitab Uue Strateegia: Grupi Sõelumine
Diagnostiliste proovide ühendamine ja vähese matemaatika kasutamine võimaldab rohkematel inimestel testida vähemate testidega.
Kui COVID-19 testimist pole laialt levinud, hoiatavad eksperdid, et juhtumid suurenevad, kui valitsused taasavavad rohkem ettevõtteid ja avalikke ruume. Kuid koroonaviiruse infektsioonide diagnostilistest testidest on endiselt halb puudus, kuna kemikaalide ja tarvikute järele on enneolematu vajadus. Näiteks USA teeb sadu tuhandeid teste päevas, kuid see arv jääb ikkagi kaugele miljonitest igapäevastest testidest, mida soovitatakse ohutuks normaliseerumiseks.
Nüüd järgivad kümned USA, Iisraeli ja Saksamaa teadlased diagnostika võimekuse dramaatilise suurendamise strateegiat: grupikatsed. Ühendades paljude inimeste proovid mõne rühma ja hinnates pigem inimesi kui inimesi, arvavad teadlased, et nad saavad kasutada vähemate testide arvu rohkemate inimeste peal. See lähenemisviis võib viia haiguse tahtmatute kandjate kiiremini avastamiseni ja võime kiiresti nakatunud teised puhastada. Strateegiat on varem kasutatud HIV, klamüüdia, malaaria ja gripi juhtumite edukaks avastamiseks ning see loodi algselt II maailmasõja ajal tuhandete sõjaväelaste süüfilise testimiseks.
"Niikaua kui meil pole vaktsiini, saame viiruse leviku peatada ainult nakatunud inimeste testimise ja isoleerimise abil," ütleb Frankfurdi Geothe Ülikooli Saksamaa meditsiinilise viroloogia instituudi direktor Sandra Ciesek. Veebruari keskel teatas ta esimeste seas, et sümptomideta inimesed võivad viirust levitada. Sellest ajast alates on Ciesek tegelenud asümptomaatiliste kandjate tuvastamiseks ühendatud testimistehnikaga. Lähenemisviis "üritab sama arvu testidega rohkem teha," ütleb Tomer Hertz, Iisraeli Negevi Ben-Gurioni ülikooli arvutusimmunoloog, kes töötab välja ka partiide testimise strateegiat. Siiski on hoiatus: kui nakkuse levimus kogukonnas suureneb, väheneb võime rühma testimise abil ressursse kokku hoida.
Grupikatsed on numbrimäng. Oletame, et uurite 100 inimest ja üks neist on positiivne. Tavaliselt teeksite 100 diagnostilist testi, otsides iga inimese viiruse geneetilist materjali. Kuid grupitestimise abil saate need 100 inimest jagada viieks 20 rühmaks. See annab teile viis 20 prooviga kogumit ja kasutate ühte testi ühe basseini kohta. Kui esimese nelja proovipaki tulemus on negatiivne, olete nelja testiga kõrvaldanud 80 inimest. Kui viimase kogumi test on positiivne, proovite uuesti iga viimase kogumi proovi eraldi, et tuvastada haigusega üks. Lõpuks tegite 100 testi asemel 25 testi.
.
See meelitas Nebraska rahvatervise laboratooriumi direktorit Peter Iweni, kes kasutab ühendatud lähenemisviisi. Märtsis uuris Iwen kemikaalide testimise äärmist puudust. Kuid ei olnud selge, et seda tüüpi diagnostilisi teste reguleeriv USA Toidu- ja Ravimiamet (FDA) lubab teste koondada. Ta veetis tehnikat kaks nädalat, enne kui esitas andmeid, mis näitasid, et see säästis laboratooriumi aega ja koostisosi Nebraska kubernerile ja FDA-le. Kolme päeva jooksul, vahetult enne tema varude lõppemist, sai Iwen kubernerilt kirja, mis andis talle täieliku loa uurida ja jätkata kõiki mõistlikke meetmeid testimise laiendamiseks sel ajal.
Hiljem sai ta FDA-lt e-kirja, milles öeldi, et see ei vaidlusta viiest proovist koosnevaid kogumeid. "Arvasime, et see on nii lähedal heakskiidule kui võimalik," ütleb Iwen. FDA pressiesindaja ütles ajalehele Scientific American, et agentuur on "avatud erinevatele uudsetele testimisideedele, näiteks proovide ühendamisele, ja julgustab kõiki testi arendajaid pöörduma meie poole, et arutada sobivaid valideerimismeetodeid."
Paljud arendatavad strateegiad kasutavad arvuteid ja robootikat optimaalse kogumi kavandamiseks või protsessi sujuvamaks muutmiseks. Hertz ja tema kolleegid on välja töötanud keerdkäigu, mis välistab vajaduse proovide kahekordset testimist. Selle asemel, et eraldada proovid eraldi kogumiteks, jagavad nad iga proovi kattuvate kogumite vahel. Oletame näiteks, et testite neid samu 100 varasemat proovi, millest üks on positiivne. Seejärel jagate need 100 proovi erinevates kombinatsioonides 14 gruppi 50-ga. Iga proov ilmub kuues või seitsmes erinevas kogumis. Ühe positiivse juhtumi korral peaks konkreetne kuue kogumi järjestus tulema positiivseks. Näiteks teades, milline proov kuulub ainulaadselt kõigisse kuue kogumisse - näiteks patsient 74 on ainus, mis ilmus 1., 2., 7., 9., 12. ja 13. kogumis - saate selle positiivse tulemuse täpselt inimesele jälitada ilma, et peaksite seda tegema. proovige proovid uuesti. Kui segus on rohkem kui üks positiivne juhtum, muutub see keerukamaks, nii et teadlased lõid kõigi kandjate tuvastamiseks arvutialgoritmi.
Hertzi lähenemisviisil on analüüside tõhusamaks muutmine, ütleb Wisconsini osariigi tervishoiu laboratooriumi nakkushaiguste osakonna direktori abi Allen Bateman, kus ta jälgib COVID-19 testimist. Kuid Bateman hoiatab, et iga proovi lahjendamine suurtesse kogumitesse võib muuta tegeliku testi vähem tundlikuks, põhjustades selle, et mõned haiguse positiivsed juhtumid on negatiivsed. Sellised valenegatiivid on COVID-19 diagnostilisi teste kimbutanud alates pandeemia algusest.
Partiipõhise lähenemisviisi suurim piiramine on siiski vähem seotud testi enda ja pigem haiguse olemusega. Grupikatsed toimivad hästi seni, kuni patogeeni levimus jääb madalaks. Kuid kui testitud proovides on liiga palju positiivseid juhtumeid, on enamus kogumitest positiivsed ja niikuinii tuleb neile järgneda individuaalsed testid. Hertzi kombinatoorne lähenemisviis toimib kõige paremini siis, kui haiguse levimus kogukonnas ei ületa 5 protsenti, ideaalne on umbes 1 protsent. Otsekohesemad lähenemisviisid, näiteks Iweni ja CIeseki lähenemisviisid, toimivad siis, kui levimus on alla 10 protsendi. Tegelikult öeldi FDA sõnumis Iwenile, et ta võib testida kogumeid seni, kuni positiivne testimäär jääb alla selle protsendi.
Praegu pole kindel, kui palju positiivseid juhtumeid USA-s ringleb, mistõttu on keeruline välja selgitada, kus oleks väärt testimist. COVID-19 testide viivitatud levitamine riigis võimaldas viirusel, mis põhjustab haigust, nädalaid avastamata levida. Wisconsinis ütleb Bateman, et 10–30 protsenti tema laboris tehtud testidest on positiivsed. Kuid kui kõverad lamenevad ja isegi langevad, näevad USA ja teiste riikide laborid võimalust teha grupikatseid, et tagada inimeste viirusevaba kasutamine enne nende naasmist tehastesse, haiglatesse või koolisüsteemidesse.
"Kui proovite suhteliselt asümptomaatilist populatsiooni, võib see olla viis jälgida, kas teine laine on tulemas, säästa ressursse ja suurendada suutlikkust," ütleb Stanfordi ülikooli kliinilise viroloogialabori meditsiinidirektor Benjamin Pinsky. Pinsky, kes kasutas haiguspuhangu alguses grupikatseid, et jälgida COVID-19 levikut kogukonnas San Francisco lahe piirkonnas, ütles, et mõtles hiljuti Stanfordi tervishoiutöötajate skriinimist uuesti lähenemisviisi kasutamisele. Kuid ta otsustas selle vastu, sest tema labor suudab praegu toime tulla 10 000 testiga, mida see nädalas teeb.
Ühendatud proovid võivad aidata riikidel võidelda epidemioloogide kavandatud kolme võimaliku tulevikuga: korduvad väikesed puhangud; teine, veelgi suurem infektsioonide ja surmade laine; või püsiv kriis. Näiteks tegi Ciesek koostööd Saksamaa Punase Risti Michael Schmidtiga, et rakendada kõrgtehnoloogilisi masinaid, mis on tavaliselt reserveeritud vereloovutuste skriinimiseks, et teha COVID-19 rühma testid Saksamaal Frankfurdi ülikoolihaiglasse sattunud patsientidel. Selle tulemusel võidakse südamehaiguste või muude vaevustega patsiente, kes võivad olla viiruse nakatumise kartuses haiglast hoidunud, skriinida ja paigutada mitte-COVID-osakonda. Teadlaste sõnul üritavad poliitilised liidrid laiendada sõeluuringut kõigile Saksamaa haiglatele, kui majandus taas avaneb.
"Me teame, et kui inimestevahelised kontaktid suurenevad, on oht suurem, kuna viirus pole kadunud," ütleb Schmidt. “See on endiselt Saksamaal. See on endiselt USA-s. Ma arvan, et see loob keerulise olukorra ja selle lahendamiseks on vaja head strateegiat.”.
Siit saate lugeda lähemalt Scientific American'i koronaviiruse puhangust ja lugeda meie rahvusvahelise ajakirjade võrgustiku kajastusi siit.
