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微流控可快速准确验证病毒感染并限制工作场所的传染性传播

SARS-CoV-2(导致 COVID-19 的病毒)进行基于工作场所的测试可以识别感染了 SARS-CoV-2 的工人,从而有助于预防或减少进一步传播[1],但随着所有这些测试的出现,您应该选择哪一位来筛查无症状员工,以提高您捕捉无声传播者的机会?如果您和执行团队中的许多其他人一样,则没有获得博士学位。在临床检验医学方面。您可能只想了解一点有关测试技术的知识,以创建安全的工作环境。一种让您的员工在重返工作岗位时感到舒适并降低爆发风险的方法。


快速抗原检测,即寻找 SARS-CoV-2 特有的蛋白质的检测,正在成为社区病毒检测的实用解决方案。它们很快——通常在 12-30 分钟内提供结果,它们易于使用,并且它们的价格适合大规模测试。但是您可能会想到的敏感性呢?它们不是比 PCR 准确吗?答案有点复杂。


一些抗原测试比其他的更敏感。这取决于测试技术。低灵敏度测试意味着更多的假阴性,这意味着一些携带病毒的感染者能够在未被发现的情况下与其他劳动力混在一起。更高的灵敏度测试可以检测到更少量的病毒,从而降低受感染个体的假阴性结果率。通常,即使没有出现症状,个人也可能具有传染性。这些人可能没有症状,也可能有轻微症状,甚至从未出现症状,但仍然能够将病毒传播给他人。


“护理点”中使用的基于抗原的测试技术可以分为两类,更熟悉的侧流抗原测试和代表下一代护理点测试技术的微流控抗原测试。微流控抗原检测和侧流抗原检测有什么区别?在大流行之前,这些是深奥的术语,通常仅限于医院实验室四堵墙内的谈话;然而,随着下一代即时检测的出现,强调这两种技术之间的差异及其对 SARS-CoV-2 抗原检测的意义非常重要。简而言之,并非所有的抗原检测都是相同的。


侧流抗原检测已经存在了几十年。他们使用被动毛细管作用来驱动免疫色谱分析。举一个更熟悉的例子,如果将半张纸巾放入一杯水中,水会通过称为毛细作用的过程爬上纸巾的干燥部分。这与侧流抗原测试背后的驱动力原理相同。简单地说,液体样本被整个测试垫吸收,最终穿过旨在捕获 SARS 病毒特有蛋白质的抗体草坪。然后通常由非实验室训练有素的人员通过主观观察来直观地确定结果,想象一下视觉读取的妊娠试验,其中 1 行表示测试有效,2 行表示您怀孕了。计算一两行可能具有挑战性,尤其是当一行非常微弱时,当您尝试检测的浓度接近检测下限时,就会发生这种情况。这会导致对结果的误解。最近,为了提高可读性和灵敏度,这些侧流抗原测试使用不同类型的荧光染料,并与数字阅读器结合使用。这些简单的测试便宜、便携,并且可以快速提供结果;然而,灵敏度的显着限制给 SARS-CoV-2 测试带来了挑战。检测阳性信号需要更高浓度的分析物限制了灵敏度。它们可以很好地快速识别病毒载量最高的传染性个体,但病毒载量相对较低但仍可能具有传染性的个体的性能会降低。为了克服不敏感的限制,大多数(如果不是全部)侧流抗原测试需要在 24-48 小时窗口内对同一患者多次使用。

在不同时间点进行检测(也称为连续检测)可能比在单个时间点进行检测更有可能在重复接触的工人中发现急性感染。值得注意的是,这些所谓的“快速横向流动抗原测试”,如果使用得当,实际上至少需要 24 小时 15 分钟才能提供结果。预计新兴的下一代微流体抗原测试将在短期内成为主导架构。与在单个时间点进行的测试相比,可能更有可能在重复接触的工人中发现急性感染。值得注意的是,这些所谓的“快速横向流动抗原测试”,如果使用得当,实际上至少需要 24 小时 15 分钟才能提供结果。预计新兴的下一代微流体抗原测试将在短期内成为主导架构。与在单个时间点进行的测试相比,可能更有可能在重复接触的工人中发现急性感染。值得注意的是,这些所谓的“快速横向流动抗原测试”,如果使用得当,实际上至少需要 24 小时 15 分钟才能提供结果。预计新兴的下一代微流体抗原测试将在短期内成为主导架构。


下一代微流体床旁抗原检测使用更先进的技术来模拟复杂的实验室分析仪,但缩小到适合单个芯片的程度——因此称为芯片实验室。这种新型的即时检验使用微流体系统来使复杂的实验室流程小型化,而这些流程迄今为止仅在更复杂的医院实验室中可用。微流体装置具有从小于一微米到几毫米厚的微通道。相比之下,人类的头发大约有 100 微米厚。微流体越来越多地用于生物科学,因为可以以更低的成本和更快的速度进行精确和受控的实验。这些新颖的系统以纳升级别的精度主动操纵微升体积,以在护理点提供卓越的性能。微流体架构不仅可以控制混合以加速反应动力学,还可以通过洗去残留样品来控制分析环境,从而提供更高分辨率的分析。与横向流动抗原测试相比,这种无液体分析的检测限 (LoD) 提高了四倍。这些测试还精确控制反应时间和温度。微流体系统中的反应时间比传统设备快得多,因为系统的尺寸较小,导致任何给定分子的扩散时间较短。 [2] 将这些资产集成到单个测试条上,通过将更高性能的技术带出传统医院实验室并更接近患者,提供了彻底改变 POCT 的潜力。


SARS-CoV-2 检测需求正在推动这种新技术在各种环境中采用,从传统的医疗保健环境到移动诊所、现场诊所以及学校、工作场所和大型活动中的近站点诊所。快速微流体 SARS-CoV-2 抗原测试旨在检测比 POC 侧流抗原测试平台上通常可行的浓度更低的核衣壳蛋白 (N) 的存在。这些高灵敏度、快速的微流体免疫测定在如何、何地和何时可以将测试用于大流行控制方面具有重要意义。

微流控芯片.jpg

我们需要快速、准确的检测来对抗 COVID-19,因为组织、医生和个人需要知道人们是否具有传染性,即使他们没有症状。但无论是 PCR 还是传统的横向流动抗原测试都没有经过优化以满足这些需求。SARS-CoV-2 核衣壳抗原的快速微流控测试的卓越分析灵敏度恰到好处:它们快速、易于使用、成本低且准确;与 PCR 不同的是,它们的设计目的不是检测 RNA,因此它们不会检测来自先前受感染但现在已康复的非感染个体的残余 RNA。 [3] 康复的患者可以在症状出现后长达 12 周内继续在其上呼吸道标本中检测到 SARS-CoV-2 RNA。[3]、[4]、[5] 对 285 名“持续阳性”成人的调查,其中包括 126 名出现复发症状的成年人,在与这些病例的 790 名接触者中没有发现继发感染。从这 285 名病例中的 108 名患者中分离出具有复制能力的病毒的努力没有成功。 [3] 基本上在这项研究中,一群人通过 PCR 检测结果一直呈阳性,但没有发现具有传染性。想象一下,将您的明星表演者送回家进行 10 天的隔离,因为他们通过 PCR 检测呈阳性,但没有表现出症状并且不再具有传染性。


赢得抗击大流行的战争将需要扑灭社区和工作场所中传染性传播的野火。快速准确地识别可能仍然具有传染性的受感染个体的测试,同时足够便宜且易于使用以允许频繁测试,可以成为打破传播链和防止未来爆发的强大工具。 [6] PCR 是核酸的首要发现者,无一例外。但分子检测并不一定表示存在可恢复的传染性病毒。约翰霍普金斯大学实验室的最新数据表明,抗原检测而非 PCR 与病毒培养的相关性更好,病毒培养被认为是感染性的最佳可用指标。 [7] 恢复不再具有感染性的患者可以主动释放病毒 RNA,其水平很容易通过 PCR 检测到,数周或数月。 [8] 检测所有病毒传播者是一种昂贵的奢侈品,并不一定符合社会的最佳利益。


结论:

相比之下,基于抗原的检测可以帮助快速识别病毒含量高的人——那些最有可能传染给他人的人——并将他们与社区隔离。然而,并非所有的抗原测试都是一样的。横向流动抗原测试可提供快速结果,但可能会有点短,因为它们仅被授权用于在症状出现后 5 或 7 天内出现的患者,具体取决于供应商。这可能无法提供足够的灵敏度来涵盖可能长达 10 天的传染性的全部范围。 [3] 另一方面,微流体 SARS-CoV-2 检测已显示在症状出现后的第 12 天保持高性能。


社会真正需要的是一种足够敏感的护理点测试,以充分覆盖最广泛的传染性,快速提供结果,并以合理的成本实现在各种用例中的广泛实施。与横向流动抗原测试不同,新兴的下一代微流体技术简化、缩小和整合实验室分析仪中使用的技术,以提供可在社区护理环境中轻松使用的实验室可比诊断测试。一种系统经 FDA 授权在 COVID-19 大流行期间紧急使用,用于症状出现后长达 12 天的患者,与大多数横向流动测定相比具有更高的灵敏度,允许目前在豁免设置中可用的最长测试窗口,与 RT-PCR 相比,显示出高阳性预测一致性 (PPA)。

参考

1. SARS-CoV-2 测试策略:非医疗保健工作场所的注意事项。” 疾病控制与预防中心,疾病控制与预防中心,2021 年 3 月 17 日,www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/community/organizations/testing-non-healthcare-workplaces.html。 

2. Convery N, Gadegaard N. 30 年的微流体。微纳米工程。https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590007219300036。2019 年 1 月 26 日发布。2021 年 5 月 1 日访问。 

3. 关于 COVID-19 成人隔离持续时间和预防措施的临时指南。疾病预防与控制中心。https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/duration-isolation.html。2021 年 2 月 13 日发布。2021 年 5 月 1 日访问。 

4. Li N, Wang X, Lv T. SARS-CoV-2 RNA 脱落延长:并非罕见现象。威利在线图书馆。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jmv.25952。2020 年 5 月 22 日发布。2021 年 5 月 1 日访问。 

5. Liu WD, Chang SY, Wang JT, et al. 即使在 COVID-19 患者的血清转化后,病毒也会延长脱落。感染杂志。2020;81(2):318-356。doi:10.1016/j.jinf.2020.03.063 

6. Mina MJ、Parker R、Larremore DB。重新思考 Covid-19 测试敏感性——遏制策略。新英格兰医学杂志。2020;383(22)。doi:10.1056/nejmp2025631 

7. Pekosz A、Parvu V、Li M 等。基于抗原的检测而非实时聚合酶链反应与严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2 病毒培养相关。临床传染病。2021 年 1 月。doi:10.1093/cid/ciaa1706 

8. Guglielmi G. 快速冠状病毒测试:他们能做什么和不能做什么。自然新闻。https://www.nature.com/articles/d41586-020-02661-2#ref-CR3。2020 年 9 月 16 日发布。2021 年 5 月 1 日访问。 

9. Arons MM、Hatfield KM、Reddy SC 等。熟练护理设施中的症状前 SARS-CoV-2 感染和传播。新英格兰医学杂志。2020;382(22):2081-2090。doi:10.1056/nejmoa2008457 

10. Walsh KA、Spillane S、Comber L 等。感染 SARS-CoV-2 的个体的传染性持续时间。感染杂志。2020;81(6):847-856。doi:10.1016/j.jinf.2020.10.009 

11. 排水 PK、Ampajwala M、Chappel C 等。一种快速、高灵敏度的 SARS-CoV-2 核衣壳免疫测定法,以帮助在护理点诊断急性 COVID-19:一项临床性能研究。传染病和治疗。2021 年 2 月。doi:10.1007/s40121-021-00413-x



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