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POCT检测技术在突发传染病疫情快速诊断中的重要价值

面气灵 2020-2-27 148人围观 技术


作者:吴科伟 应乐 康可人

单位:广州万孚生物技术股份有限公司



2019年末,中国大陆爆发新型冠状病毒肺炎疫情(novel coronavirus pneumonia ,NCP),随后蔓延扩散至境外多个国家和地区[1-3]。截至2020年2月9日24时,中国内地及港澳台地区共有确诊病例40235例,疑似病例23589例,死亡病例909例[4]。目前该病作为急性呼吸道传染病已纳入《中华人民共和国传染病防治法》规定的乙类传染病,按甲类传染病管理。

新型冠状病毒传染途径多、传染性强,防控最有效的办法就是“早发现、早诊断、早隔离、早治疗”。而在“早发现、早诊断”方面,即时检测(point-of-care testing, POCT)优势明显,相比其他检测方式,它具有以下三大优势:(1)快速出具结果;(2)检测场地不受限制;(3)对操作者的专业技能要求低。在SARS、甲型H1N1/乙型流感、H7N9禽流感等疫情时期,POCT就已展现其应用潜力,帮助快速应对大规模疫情爆发。为了应对此次NCP疫情,国家科技部于2月8日发布了《新型冠状病毒(2019-nCoV)现场快速检测产品研发应急项目申报指南》,面向社会广泛征集新型冠状病毒的现场快速检测产品,突破现有检测技术对人员/场所的限制,缩短检测用时,提升便捷程度,推动诊断前移下移,实现疑似患者的快速诊断和密切接触人群的现场筛查。由此可见,POCT在传染病突发疫情处置方面具有重要价值。

在以NCP为代表的突发传染病疫情中,POCT的应用主要体现在三类产品:(1)基于免疫学的快速检测试剂,主要以胶体金产品(含抗原检测与抗体检测)为主,用于早期轻症和无症状患者的大规模筛查,能够提高疾病检出率;(2)基于核酸的分子诊断产品,主要用于病毒病原体鉴定,为患者确诊提供现场快速检测手段;(3)小型化便携式的干式生化、免疫荧光、干式血气、化学发光等诊断产品,主要用于酶、蛋白、电解质等指标监控以及抗体检测,为院内确诊病例的治疗与监测提供方案。


POCT在突发传染病检测中的应用及优势


1. POCT有助于提高基层机构对新冠病毒肺炎的筛查诊断能力:随着抗疫攻坚的推进,基层成为疫情防控主战场。传统核酸检测以及CT检查的应用场景受限,难以及时满足基层的检测需求。2月8日,钟南山院士在国务院联防联控机制新闻发布会上明确表示,希望有新的快速检测方法,能在更基层的地方使用,在不需要高条件的医疗机构也能开展。

适用于基层机构NCP筛查诊断的快速检测试剂主要有胶体金快速检测试剂及核酸POCT检测试剂两类。胶体金快速检测试剂操作简单快捷,无需配套检测仪器,15分钟内出结果,适合疾控中心、二级医院、社区等多种场景,尤其适合院前和院内大面积初筛,可大幅提高基层对NCP的筛查能力。核酸POCT产品由于其精准、封闭、自动化的特点,适合基层机构和普通医院在无专业实验室的条件下快速鉴定病原。

为应对NCP确诊需求,截至2020年2月9日24时,国家药品监督管理局共批准8款体外检测产品(7款试剂,1款分析软件)[5]。所有试剂均为核酸检测试剂,配套各类荧光PCR仪使用。在产品的实际应用中,符合条件的实验室数量、检测仪器数量、操作人员的数量成为决定确诊效率的重要因素。传统的核酸检测要求具备生物安全二级及以上实验室条件和生物安全三级实验室级别的个人防护,限定了应用场景是高等级疾控、三级医院等有限资质机构。同时核酸检测过程往往出现样本周转时间较长的不足。样本从送入实验室到出检测结果的实际时长(含核酸提取及纯化、试剂准备、上样、结果解读等,不包含检测样本的采集转运时间、灭活处理时间)约在5-8个小时左右(注:具体时长根据自动化程度、员工技术熟练程度、结果复核流程等要求不同而有区别)。据估算,核酸检测速度约为1人1机1天600-800例左右,很难达到1000例,在集中爆发期有很大的局限性。

核酸POCT在拥有近似准确性的前提下,可以突破实验室条件限制,凸显便捷、高效、低培训成本的优势。核酸POCT实现了将多步骤的核酸检测方法整合到一个系统,满足用户“样本进-结果出”的要求,极大地简化检测流程。其次,核酸POCT多采用一次性使用的、密闭的检测卡盒或管,较好地控制了交叉污染和病原传播风险,将核酸检测从专业的实验室解放出来,进入现场快速检测领域。此外,核酸POCT自动化检测系统只需要简单的培训(防护及采样)就可操作,这也符合POCT的要求。例如国产的BoxArray全自动一体化核酸POCT检测平台,采用专利技术的Arm-PCR扩增子拯救多重PCR技术,设计独立卡盒,避免样本之间、样本与环境之间、试剂之间的污染。在实现新冠病毒多位点检测的同时,也可通过自由组合实现多通量检测。业内多采用类似的研发思路。

核酸POCT的特性充分说明可以将其作为基层机构的常备设备,以应对突发疫情的确诊;也可以作为高等级机构的辅助设备,弥补常规PCR实验室的不足。

2.POCT有助于降低潜在的生物安全性风险:随着疫情的发展,呼吸道标本或血液标本均可用于检测病原体[6],广大医疗机构逐渐面临检测生物安全问题。相关指南[7-9]多次提到气溶胶风险,检验人员在操作患者的血液、尿液、粪便等样本时可产生气溶胶。POCT产品能够有效降低检测人员面临的气溶胶的风险,原因在于:(1)POCT产品体积小,适合在容积狭小的生物安全柜中使用,不必依赖大型的负压实验室;(2)核酸POCT设备一般采用全封闭微流控卡盒技术,除采样加样涉及短暂人工操作外,基本实现全自动“样品进-结果出”,且废弃物同样被密封处理。(3)POCT设备可以实现对原始采血管的自动穿刺,避免人工开盖作业。

抗疫期间,封闭的POCT“一平米”检测实验室起到重要作用(图1),可覆盖早期无症状筛查、批量全自动筛查、核酸确诊、治疗监测等各个环节,并降低医源性感染风险。例如,某医院检验科于一周时间内紧急成立了POCT隔离实验室,集血凝分析仪、血气分析仪、干式化学分析仪等POCT设备,开展心肌肌钙蛋白Ⅰ、肌酸激酶同工酶MB质量、肌红蛋白、D-二聚体、降钙素原、C-反应蛋白、凝血四项、血气分析、肝功能、肾功能、心肌酶谱、血清葡萄糖、肺炎支原体抗体IgM、肺炎衣原体抗体IgM的检测。经简单培训后,检验科所有人员均具备操作能力,通过做好防护隔离与杜绝交叉污染,最大限度对发热病人标本的检测提供了生物安全保障。

图1 新型冠状病毒全场景检测方案

3.POCT有助于特殊应用场景的快速筛查诊断:它与传统的强调大样本、高通量、专业化的检验科或中心实验室相比,在应用场景上具有特定的优势,可以成为检验科或中心实验室的有力补充,从而构建完善的小通量(应急)-大通量(常规)检测体系;也可以成为疾控布局现场监测的利器,适应去中心化的初筛-确诊应用需求。

传染病疫情的检测往往不限定于医疗机构,而是在交通卡口、海关、车站、机场、学校、工厂、小区等人流密集出入的区域,也可能在移动车辆、医疗船舶、方舱医院、灾区现场等应急场景。通过项目、通量、效率的有效组合,突破环境约束,POCT可以完善疫情的“主基地”-“卫星仓”防控体系,尽量在一线监控疫情。


POCT在应对突发传染病疫情中的发展方向


在国家疫情防控部署下,体外诊断行业快速响应,短期内有百余家企业宣布各类检测产品研发成功。基于荧光PCR的新型冠状病毒核酸检测试剂盒率先面世,随后多家企业宣布成功研发匹配POCT设备的核酸检测试剂,此后又陆续推出基于胶体金法的新型冠状病毒IgG/IgM抗体检测试剂、抗原检测试剂等免疫学快速诊断产品。POCT在应对新发、突发传染病疫情中展示出巨大的应用潜力,同时我们总结认为至少有以下几点在POCT未来发展中值得深入思考。

1.生物原材料:核酸检测试剂研发的基础是引物与探针的设计,因此在国家公布病毒的全基因序列之后,相关试剂很快研发成功。免疫诊断的基础是抗原抗体生物原材料,但抗原抗体的获取存在难度,因此免疫学试剂的研发周期相比核酸试剂更长。尤其是单克隆抗体,需在动物身上进行免疫反应,制备周期长则2-3月。在应对NCP疫情中,抗原抗体的商业化研发仍是困境之一。建议企业加大生物原材料的研发投入,做好常规的基础研究;政府能够鼓励医疗机构、科研院所与企业开展更紧密的突发疫情联动合作,加快抗体库的建设;能够开通疾控、医疗机构与企业的突发疫情合作渠道,包括初期阳性样本的正确供给。

2.技术改进:现阶段POCT产品仍需要从质控、成本、通量、互联等几个方面持续改善。具体针对新发传染病疫情的检测,胶体金POCT产品要实现的主要目的是快速而相对准确,抗原检测与抗体检测宜同步研发,更偏向于强调试剂的敏感性(即意味着少漏诊),以免错过阳性病人。核酸POCT产品要实现的主要目的是便利而精准,对特异性和敏感性都有较高要求。生化免疫POCT产品主要改善质控与通量。在NCP疫情的确诊中,核酸检测暴露出“假阴性”问题,引起了社会的关注。假阴性的影响因素较多,包括样本质量(样本类型、采集方法等)、样本处理(保存、运输或处理等)、技术缺点(病毒变异、PCR抑制等),不可概论。各企业在研发中应完善试剂性能,尽可能对用户友好以降低技术壁垒。

3.项目联检:本次疫情需要与其他呼吸道感染做鉴别诊断,因此从用户角度考虑可在初筛的过程中实现项目联检。例如新冠-甲流-乙流-肺炎支原体-肺炎衣原体联合检测试剂盒,新冠-甲流-乙流-副流感-腺病毒-呼吸道合胞病毒联合检测试剂盒,可有效提高分诊效率。

4. 居家检测:在医疗资源紧缺、要求居家隔离的情况下,传染病家庭自测(或在社区医务工作者指导下的自测)的可行性值得探讨。居家检测有助于传染病早发现、早就诊,但相关产品的认证较为困难,同时需要有效的监管。

在NCP疫情中,检验人始终坚守职责,战斗在疫情一线。在钦佩他们职业操守,尊重他们专业技能的同时,灵活、便捷、可靠的POCT产品也是他们手中的利器。不同于昔日简单的妊娠胶体金检测产品,随着技术进步和发展,POCT产品对技术创新和集成创新的要求大幅提高。在应对突发传染病疫情方面,POCT有望成为基层现场筛查、患者快速确诊的首选。我们期望患者、医院、政府与企业同心戮力,通过构建完备的预警监控检测体系,呵护每一位国民的生命与健康。

参考文献略

来自: 临床实验室
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