透视观点:COVID-19

COVID-19测试:一种尺寸并不适合所有尺寸

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科学 2021年年1月8日:
卷371,第6525版,第126-127页
DOI:10.1126 / science.abe9187
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在病毒基因组释放后数天内就开发了用于检测严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2)的测试方法(1)。多个国家/地区通过投资大规模测试能力,成功控制了SARS-CoV-2的传播(2)。大多数测试都集中在定量聚合酶链反应(qPCR)分析上,该分析能够检测微量的病毒RNA。这些分子工具虽然功能强大,但无法扩展以满足更广泛的公共健康测试的需求。为了与COVID-19作战,在测试和测试评估方面主导和混淆决策的“千篇一律”方法不合适:诊断,筛查和监视服务于不同目的,需要不同的策略,并且需要单独的批准机制。通过支持更简单,更便宜的筛查和监视工具的创新,批准,制造和分发,将可能更有效地限制COVID-19的传播并应对未来的大流行。

COVID-19有许多类型的测试可用于临床和公共卫生用途(见图)。测试可以在中央实验室,护理点(POC)或工作场所,学校或家庭中的社区中进行。 COVID-19测试始于样本采集。对于医疗用途,由医疗保健专业人员收集的鼻咽拭子已用于检测病毒感染。但是,对COVID-19测试吞吐量的需求推动了新的采集方法,包括唾液和侵入性较小的鼻拭子。 COVID-19测试包括qPCR,等温扩增和CRISPR等分子测试,以及直接检测SARS-CoV-2蛋白的抗原测试。尽管快速的抗原测试与基于qPCR的测试相比具有较低的分析灵敏度(即需要更多的病毒材料才能转为阳性),但它们检测可培养病毒感染性个体的能力与qPCR一样高( 3)。抗原测试的特异性(即正确识别未感染SARS-CoV-2的人)可获得与分子测试相当的结果(4)。

COVID-19的诊断测试着重于准确识别感染SARS-CoV-2的患者以确定疾病的存在或不存在,并且对有感染风险的有症状患者或无症状个体进行诊断测试。这种类型的测试需要高度敏感的测定法,以免错过COVID-19患者(假阴性),并且特异性高,以免错误地将SARS-CoV-2阴性患者误诊为COVID-19(假阳性) )。这些测试通常由集中化的高复杂性实验室使用qPCR测定法通过专用设备进行,结果可以在12到48小时内报告。然而,测试中的主要瓶颈导致某些地区的周转时间超过5至10天,使得此类测试无法有效地防止传播。

医疗机构的POC诊断测试可以是qPCR分析,等温扩增或基于抗原的(4)。这些POC测试通常需要运行有限数量测试的仪器,并且可以在一小时内返回结果。对仪器的需求限制了可以执行的测试数量以及可以在何处使用。但是,不需要仪器或熟练操作人员的新型抗原检测方法正变得可用,这可能允许进行更多的分布式POC检测。

人口的监视测试既可以用作了解历史暴露的工具,也可以作为衡量社区持续传播的手段。对于前者,通过对个体进行SARS-CoV-2特异性抗体的血清学检测来鉴定以前感染过的那些抗体。对于后者,监视测试可以是监视社区中实时SARS-CoV-2传播的有效方法。一种有前途的方法是废水监测,该方法已用于评估脊髓灰质炎病毒的社区传播(5),并显示出COVID-19的潜力(6)。废水的qPCR测试用于检测SARS-CoV-2,病毒遗传物质的频率动态表明社区中有COVID-19感染。还可从直接从个体获取的拭子或唾液样本中进行监视,并且在COVID-19患病率较低的人群中,可使用合并来增加容量和降低成本。

对于监视测试,目标不是识别所有病例,而是从代表性样本中收集数据,这些样本可准确地测量患病率并为公共卫生政策和资源分配提供信息。由于重点是针对人群而不是个人进行外推,因此,当可以对统计方差进行统计学校正时,仍然可以采用已知偏离100%敏感性和特异性的测试( 7)。为了最有效,结果应包括报告的qPCR循环阈值,这是病毒载量的估算值(7),以模拟流行病轨迹并实时评估缓解方案(8),包括疫苗接种计划一旦开始。

对无症状个体进行筛查测试以检测可能具有传染性的人已被严重利用,但它是对抗COVID-19大流行的最有希望的工具之一(9)。在约20%至40%的病例中,SARS-CoV-2的感染不会导致症状,并且在有症状的疾病之前有症状的潜伏期(10)。但是,无症状和症状前病例是病毒传播的关键因素,这使我们破坏传播链的能力变得复杂(10)。

进入筛查以在进入设施(例如疗养院,饭店和机场)之前检测出感染者,以及症状筛查和体温检查可能是有益的,特别是在高风险设施(例如熟练的护理设施)中。当策略性地使用时,进入筛选措施可以有效抑制传播。进入筛查需要进行测试,以便在最短的时间内(最好在15分钟之内)提供快速的结果,以使其最有效。像所有测试一样,进入筛选测试所需的敏感性和特异性也取决于上下文。例如,对于疗养院的入境检查测试必须高度敏感,因为将SARS-CoV-2引入疗养院的后果可能是毁灭性的。由于将假阳性人与COVID-19阳性人组合在一起的后果可能是致命的,因此此类测试也必须具有高度的特异性。相反,由于儿童的COVID-19死亡率大大降低,入学筛查可能需要更大的折衷办法,以平衡资源和敏感性以测试尽可能多的人,并最大限度地减少破坏性假阳性。将测试用于入场筛查的关键在于,否定测试不应仅被认为足以进入,而应基于满足其他要求(包括口罩和身体距离)而定。相反,在大多数情况下,阳性测试应足以阻止进入。

公共卫生筛查可能是COVID-19测试最强大的形式,其目的是通过最大程度地检测感染者来抑制疾病爆发。这种类型的筛查需要通过自我管理的家庭快速测试或在社区等高接触性环境(例如学校和工作场所)中,对大部分人口进行频繁的连续测试(9)。通过检测无症状或有症状的病例,公共卫生筛查可以通过阻止继续传播来实现畜群效应(图S1)。

值得注意的是,并非每个传输链都需要切断才能达到成群效应。结合病毒载量和测试准确性的相关变化的数学模型表明,通过频繁测试很大一部分人群,可以检测到足够数量的病例以产生畜群效应(11)。例如,斯洛伐克进行了公共健康筛查以解决COVID-19(12):在2周的时间内,使用快速抗原测试筛选了约80%的人口。识别出50,000例病例,再加上其他公共卫生措施,它在2周内将发病率降低了82%( 12)。大规模公共卫生筛查的一个重要特征是,集中控制的报告和接触者追踪程序对于监视效果而言,对于引起畜群效应并不是必不可少的。在强大的公共卫生筛查程序中,有足够多的人进行例行的自我测试,因此筛查程序包含了对联系人的追踪(11)。

与家庭妊娠测试相似,筛查测试应该易于获得和管理,快速且便宜。像诊断测试一样,这些测试必须产生非常低的假阳性率。如果筛选测试未达到足够高的特异性(例如,>99.9%),筛查程序可以与二次确认测试配对。但是,与诊断测试不同,筛查测试的敏感性不应根据其诊断患者的能力来确定,而应根据其准确识别最可能传播SARS-CoV-2风险的人的能力来确定。这些人的病毒载量往往较高(13),从而使病毒更易于检测(14)。着重于识别传染性人群意味着在实现较高的分析灵敏度之前,应优先考虑检测的频率和数量。11)。确实,可以通过合理的测试频率和更广泛的测试传播来弥补个别测试的敏感性损失(在合理范围内)(9)。此外,公共卫生信息传递应确保对筛查有适当的期望,尤其是在敏感性和特异性方面,以免假阴性和假阳性不会削弱公众的信任。

COVID-19测试策略

SARS-CoV-2的检测可以用于个人健康或人群健康。可以从有症状或无症状的个体以及废水和表面拭子中收集。测试可以在中央实验室,POC或使用快速测试进行。测试的属性根据应用程序而有所不同。

图像:KELLIE HOLOSKI /科学

用于公共卫生筛查的测试需要快速,分散的解决方案,可以扩展其规模,以便对大量无症状个体进行频繁筛查。横向流动抗原测试以及即将到来的基于纸张的合成生物学和基于CRISPR的测定法满足了这些需求,并且可以扩展到数千万的日常测试(9)。这些测试既简单又便宜,可以自行管理,不需要机器运行并返回结果。雅培BinaxNOW快速抗原测试最近在美国获得了紧急使用授权(EUA)作为诊断设备,还带有智能手机应用程序,可以自我报告COVID-19状态,可以代替集中报告使用由公共卫生机构。至关重要的是,尽管已证明在检测传染性个体方面非常有效(14),目前很少有这些测试被批准用于筛查无症状个体,从而大大限制了它们的实用性。如果此类测试直接提供给消费者(价格允许公平使用)或由政府免费生产和提供,则个人可以自行选择获得COVID-19身份,而无需做出复杂的医疗决定。

测试是临床和公共卫生应对全球突发卫生事件(包括COVID-19大流行)的重要支柱。几乎所有的测试方式都起作用,许多西方国家的“一刀切”测试方法失败了。许多中低收入国家-包括塞内加尔,越南和加纳-经常采用强大的测试程序,在COVID-19响应方面的表现要好得多。对诊断测试的关注以及针对基于qPCR的临床诊断的现有授权途径的使用,不仅减慢了新的监视和筛查测试的开发和部署,而且使有效的公共卫生工具应实现哪些指标的图景混乱。诊断COVID-19患者的测试从根本上不同于对人进行预防传播的测试。应修改监管途径以纳入这些差异,以便适当评估公共卫生和筛查测试。必须进行创新,生产,分发并不断改进现有的测试,以挽救生命并控制COVID-19大流行。

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