疫情防控中不同场景下新型冠状病毒核酸检测技术的应用

发布时间:2021-03-22       作者:韩剑峰       来源:临床实验室        浏览:2605       收藏: 0

作者:韩剑峰   周 俊

新冠病毒出现导致的新冠疫情是2020年国内外的重大公共卫生事件,至今仍在影响国际社会[1]。根据Worldometer网站[2]实时统计数据显示,截至北京时间2021年2月28日,全球累计确诊新冠肺炎病例超过1.14亿,累计死亡超过253万。约翰斯·霍普金斯大学统计数据显示,全球累计确诊病例于2021年1月28日超过1亿例,全球累计新冠确诊病例从9000万到1亿仅用时18天[3]。严峻的疫情形势给公共卫生体系带来巨大挑战,但同时也给体外诊断领域提供了发展机遇。

纵观目前国内外新冠疫情控制情形,只有中国有效控制了疫情广泛传播并且国内经济取得恢复发展,而国外疫情控制效果不佳并出现多轮疫情再次爆发,由此可见,对人群进行大范围病毒检测是已被实践证实的疫情防控有效手段[4]。尤其是核酸检测技术,具有高特异性和灵敏度等特点,能够早期检测发现病原,是确诊新冠感染的金标准[5],在此次疫情中也发挥了重要作用,被社会大众广泛认可,并且随着疫情防控的开展也逐步适应实际需求创新优化了检测技术和方案。

新冠病毒不断进化变异,其传播规律类似季节性爆发的流感,有可能长期潜伏于人群,随着免疫力的持续时间呈现周期性循环爆发[6]。目前国内外的相关药物研究尚未找到令人满意的可用于临床治疗的有效药物[7],疫苗虽然已有多家国内外公司进行了开发提供,但疫苗对于预防突变病毒的有效性还需要更多的研究数据[8],从抗疫实践经验来看,在尚未取得大规模人群免疫效果详细数据之际,尽早筛查隔离新冠患者以切断传染源是控制疫情传播的有效手段,目前做好及时的病毒检测监测与社交隔离尤为关键[9]。从我国的防疫经验来看,高质高量的新冠核酸筛查是狙击突变病毒导致的二次新冠疫情的最好措施。中国后疫情期的新冠病毒检测将呈现常态化趋势[10],新冠病毒精准快速的筛查技术显得尤为关键,因此首先应明确新冠核酸检测的主要应用场景。

一、新冠病毒检测的主要应用场景及重点人群包括[11]

1. 机场海关国外入境航班人员:目前国内疫情稳定,而国外疫情和境外输入病例数量仍在持续。今年1月份,日均输入病例数是去年11月份的接近2倍,所以外防输入的压力持续存在,境外疫情通过入境人员物品输入并引起局部传播的风险依然很高,疫情防控形势仍复杂严峻,需要配备相应的核酸检测装备和能力,加强海关检疫、归国人员隔离等措施。

2. 物流冷链食品及其外包装:疫情大多发生在天气寒冷的北方地区,低温可使病毒存活时间较长。山西临汾、安徽合肥、辽宁营口、黑龙江哈尔滨、湖北荆门、浙江玉环等多地曾发现冷链食品及其外包装新冠病毒核酸检测阳性。此前,天津、青岛、上海等地局部疫情与进口冷链食品有关,加强检验检疫,人物同防是防止新冠病毒通过冷链物流渠道传播输入的核心策略。

3. 城市散发疫情:冬春季是呼吸道传染病的常发、多发季,我国疫情仍将处于零星散发状态,甚至局部地区有可能发生聚集性疫情。随着国内经济恢复发展,人流物流增加,聚餐、集会等聚集性活动增加,都将增加疫情传播的风险。国家卫健委综合各地医疗卫生资源布局和地理交通等因素,在全国划分8个片区,选取100家大型公立医院、疾控中心建设公共检测实验室,以做好应对潜在疫情爆发的准备[12]。

4. 农村防疫:近期疫情主要集中在农村地区,农村地区防控能力相对薄弱,疫情防控难度大,容易造成疫情较为广泛的传播。特别是春运等节假期间返乡人员明显增多,人员流动增大,将会进一步加大疫情传播风险。在国务院印发的《冬春季农村地区新冠肺炎疫情防控工作方案》[13]中明确要求:返乡人员需持7天内有效新冠病毒核酸检测阴性结果返乡,并每7天开展一次核酸检测。对返乡人员加强疫情防控管理十分必要,核酸检测是目前尽早发现新冠病毒感染者的有效手段,返乡人员及时核酸检测能够有效降低疫情传入农村的风险。

5. 综合医院和基层医疗机构发热门诊:疫情常态化防控时期,发热门诊是发现病例的主要渠道,北京、大连、上海、成都等地出现的疫情首发病例均在发热门诊发现。要求发热诊室的设备器材不能与其他正常诊疗发生交叉,但基层医疗机构条件有限,因此小型化、移动便携式、检测速度快、一机多能的快速核酸检测设备成为刚需。

6. 重点行业人群:除海关、航司、机场、边检、公安、冷链等外,医院、学校、快递、集中隔离点等重点行业工作人员也是需要重点关注的多场景下疫情防控群体对象。

针对新冠疫情的常态化趋势和场景特点,国家适时不断推出相应的政策部署引导核酸检测工作。2020年8月31日,国务院应对新型冠状病毒感染肺炎疫情联防联控机制发布《进一步推进新冠病毒核酸检测能力建设工作方案》要求,其中对不同场景下的新冠核酸检测能力提出了具体指导要求[12]。一、提高日常检测能力。各地按照地级以上城市城区每100万常住人口至少1家的标准,依托三级综合医院建设城市检测基地。城市检测基地检测能力应达到1万份/天(份按单样检测计算),发生疫情时通过增加班次达到3万份/天。二、建设公共检测实验室。在全国选取100家大型公立医院、疾控中心建设公共检测实验室,充分利用现有资源,坚持“平战结合、填平补齐”的原则,每个公共检测实验室要具备1万份/天的检测能力,配备移动方舱实验室(移动生物安全二级实验室)及相关辅助移动设施。三、建立片区机动支援制度。综合人口、医疗卫生资源布局及地理交通等因素,将全国划分为8个片区,统筹片区内公共检测实验室、较大规模的第三方实验室等作为机动检测队伍,每个片区形成50万—70万份/天的机动核酸检测能力。机动检测队伍检测能力按照以下目标确定,实现5—7天基本完成全员核酸检测工作:检测人数在500万以下的,日检测量通过混样检测达到50万—100万人份;检测人数在500万至1000万的,达到100万—150万人份;检测人数在1000万以上的,达到150万人份以上。这为开展不同场景下的新冠核酸检测提供了指导依据。

由上可见,全场景化的新冠核酸检测解决方案将是现在以及未来疫情防控工作的重要战略,下一步的防控任务是常态防控和精准防控相结合。下面对不同应用场景下的新冠核酸检测技术方案进行了总结,期望有助于有效实施应对各种检测场景[14]

二、全自动化核酸提取检测万人实验室技术方案[15]

在疫情防控一线,有大量样本需要及时快速获得检测结果,医务人员对病毒检测及鉴定速度、通量和安全性都有较高要求。全自动化核酸提取检测万人实验室方案正是应用于大规模人群筛查场景,可以有效满足此类需求。之前在样本处理过程中,许多医务人员采用人工操作,不仅使得核酸提取流程耗时较长,操作相对繁琐,而且在频繁接触样本过程中会增加病毒感染风险。全自动化核酸提取检测技术将核酸提取过程完全由仪器来实现,根据客户需求,配备相应数量样本分杯处理系统、全自动移液工作站、全自动核酸提取系统、全自动医用PCR分析系统。整个流程只需要加入样本即可,后续实验由机器进行核酸提取、扩增、检测鉴定等工作,核酸提取效率迅速提升,可实现高度自动化,在样本处理过程中大幅减少人工操作,优化样本检测流程,不仅大大缩短了病毒核酸提取的时间,提升病毒检测和鉴定速度,缓解一线医务人员工作压力,避免了医务人员的病毒感染风险,还同时满足了在病毒核酸提取过程中对安全防控性、通量灵活性及快速自动化的需求。混采检测技术则更加提升了万人实验室的检测能力,2021年2月8日,国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组印发的《全员新型冠状病毒核酸检测组织实施指南》[16]中指出,在疫情第一时间科学划定风险地区并动态调整,第一轮检测可以全部采用10混1检测技术,尽可能快速筛出感染人员。之后的全员核酸检测筛查,可以按照重点人群和高风险地区单采检测,中低风险地区混采检测的方案进行。混采检测可以采取10混1或者5混1混采检测技术。同时建议选择检测限低、灵敏度高的检测试剂盒(检测限≤500拷贝/mL)以保证大规模筛查的效果。如圣湘生物目前提供的快速简便“快速释放法”全自动核酸提取检测解决方案,其灵敏度可达到200拷贝/mL,完全满足检测要求,其自主研发的高精度超顺纳米磁珠技术“磁珠法”全自动核酸提取检测解决方案,最高灵敏度甚至可达到10拷贝/ml。具备样本全程自动化处理、手工操作少、工作效率高的特点,8小时内可完成一万份新冠病毒样本核酸检测全过程,在万人实验室方案中得到广泛应用。

在大规模疫情爆发情况下,全自动化核酸提取检测万人实验室方案结合混检模式能够迅速提升检测能力,解决病毒检测速度慢、确诊难的问题,为疫情防控提供了强有力的工具保障。万人实验室的高通量自动化样本制备系统,自动化程度更高,大大提升了人工效率,适用于企业、临检、医院等领域的中高通量用户,能够满足目前高通量筛查的紧急需求,加速新冠肺炎疑似病例检测。主要应用于海关系统大样本量核酸检测实验室以及各地公共检测实验室建设。

三、移动方舱核酸检测实验室技术方案[17]

移动方舱实验室方案是指在特制车辆中搭载新冠核酸检测必备的各种仪器设备与试剂耗材,发挥其机动灵活的特性,在社区、基层和农村偏远地区突发疫情时可快速开展检测,有效弥补固定检测实验室的短板,使得核酸检测技术能力能够充分覆盖广大地区与人群,随时随地进行核酸检测,及时发现阻断局部疫情传播链。2021年2月8日,国务院应对新型冠状病毒肺炎疫情联防联控机制综合组关于进一步做好新冠病毒核酸检测服务的通知[18]中要求扩大农村地区检测服务供给,有条件的地方可配备移动检测车,采取下乡巡回检测的方式,进一步扩大核酸检测服务供给。

移动方舱核酸检测实验室日单检量可达到几千人份以上,自动化程度高,大大提升了工作效率和检测能力。实际应用中,全自动化核酸提取检测万人实验室检测方案也可搭载移动方舱,成为城市核酸检测机动检测力量,可应用于大规模人群核酸筛查及各级医疗机构日常核酸检测。按照大规模筛查的标准流程1:10混采来计算,移动方舱核酸检测实验室每天检测量可达几万人份,基本上可以保证一个中小型城镇全员筛查的检测需求。移动方舱核酸检测实验室完全按照P2+实验室标准建造,配备核酸扩增所需的三个独立空间——试剂准备区、样本制备区和扩增分析区三个区域,通常可容纳3位工作人员同时进行操作,并实现采样、检测、鉴定等功能。此外,还配备独立的空调系统,空气过滤系统,负压系统以及高压灭菌系统,所有的样本均会在实验室经过无害化处理再转运,对外部空气不会造成任何污染。移动方舱核酸检测实验室主要负责突发情况下的对外援助使用,2小时完成现场安装,只要有疫情发生,即可挂上拖车车头,进行调配和增援,人员、设备以及试剂迅速抵达疫情发生地,立即开展检测工作,4小时左右就能出核酸检测结果。依托移动方舱核酸检测实验室,可突破地域限制,快速、机动提供高效便捷的检测服务,实现“应检尽检”,减少人员流动以及病毒传播的路径和时间,有效控制疫情,也能在疫情过后,减少实验室的闲置和浪费。

四、现场即时检测技术方案[19]

现场即时检测技术(Point of care testing,POCT)是目前体外诊断领域的热门技术,此次新冠疫情中也发挥了其独特优势。在机场海关、基层、急诊等场景下能够及时提供快速检测结果,以便后续分流处理。POCT的定义为在采样现场进行的、利用便携式分析仪器及配套试剂快速得到检测结果的一种检测方式。国内外快速建立基层医疗机构核酸检测能力的需求日益增长,临床快速诊断的刚性需求也随之开始突显。POCT本身具备方便快捷的优势,结合分子诊断其灵敏度高、准确度高的特点,使其成为了体外诊断行业未来发展的主流。POCT不需要固定的检测场所,试剂和仪器是便携式的,并且可即时操作,与基层医疗卫生机构的需求符合。通过应用移动便携式的POCT设备,基层医疗卫生机构可以在不特别进行实验室建设、成本较低的情况下快速实现检测能力从无到有的质变,进而提升基层医疗卫生机构的卫生服务能力与服务质量。根据POCT的定义与特性要求,只有仪器达到一体化设计标准,即将样本核酸提取纯化处理与PCR扩增模块结合为一体,完成样本处理-提取-扩增完整流程,达到样本进、结果出的理想效果,才能真正称为是可适用于多场景的POCT仪器。目前国内少数公司如圣湘生物可提供现场即时检测方案,其iponatic自动核酸提取检测仪器搭载新冠核酸提取检测试剂,15-45分钟出结果,灵敏度200拷贝/mL达到国家卫健委要求,有效助力二级及以上综合医院、基层医疗机构发热门诊实验室建设,进行新冠及其他呼吸道病原体快速核酸检测,快速分流转诊治疗;同时可应用于机场、海关系统等冷链食品及外包装、运输工具进行新冠病毒现场快速核酸检测,降低重点行业人员感染风险,避免污染食品流入市场,助力机场海关系统检验检疫。

五、居家检测技术方案

新冠居家检测技术方案适合常态化疫情时代方便居民自我检测,国外FDA已批准相关检测试剂产品,但由于受到法规、技术等因素限制,尚无法大规模推广。疫情影响下用户健康管理意识逐步提升,再加上就诊流程繁琐,花费时间长,用户对居家检测模式的接受度不断提高。不少专家认为新冠病毒或将长期存在,对新冠病毒检测的需求将成为常态化需求,居家检测也具有潜在市场前景。

2020年11月17日,美国食品药品监督管理局(FDA)通过紧急使用授权(EUA)批准了首个可提供快速结果的新冠居家自检测试盒Lucira新冠多合一检测试剂盒(Lucira COVID-19 All-In-One Test Kit)[20]。该试剂盒利用RT-LAMP技术检测新冠病毒,不用寄送样本,30分钟内即可快速诊断,是美国首个可以完全自我管理,并在家中即可获得新冠检测结果的工具。这种居家检测技术方法是解决大流行病检测和减轻公众疾病传播负担的重要诊断手段,居家检测或将成为人们快速自检的新方式。更多可能感染新冠人群能够根据结果立即采取行动保护自己,同时可以减少周转时间和病毒传播给他人的可能性。

Cue Health公司也研发了可用于居家检测的新冠病毒快速核酸检测产品,其具有快速出具结果、检测场地不受限制、对操作者专业技能要求低三大优势[21]。在样本采集环节,Cue Health新冠病毒核酸检测产品采集的是鼻腔下部的样本,不需要深入鼻腔和咽喉,采集过程更方便舒适。在样本检测环节,采用POCT自动处理模式,可做到现场检测,无需将样品送到指定实验室检测,从而加快检测结果的读取速度。该产品已经获得了临床实验室改进修正案CLIA waiver(CLIA将检测产品的复杂程度分为三个等级,由低到高分为:waived(最简单)、中度复杂、高度复杂)。在结果呈现环节,可在20分钟内得出检测结果,并将其传送到用户和医生的智能设备终端。这类居家检测技术目前还在进一步探索改进中,将来有可能在其他传染病检测中得到更多广泛应用。

结语:以上对新冠核酸检测不同应用场景及技术方案进行了综述,可见新冠疫情推动了核酸检测技术的发展与进步,使其不断符合临床与社会需求,反过来,这些实际需求又促进了技术的深入创新。从发展趋势中可以看出,由大型到小型、由固定到移动、由群体到个体的演变过程。未来核酸检测技术平台主要会在规模尺寸、检测模式、应用领域等三个方面发生不断变化和进步。桌面大型设备的核酸检测仪器会向便携式、手持式发展;传统耗费人力、物力、受场所限制的大型实验室检测会向现场即时检测、移动检测过渡;在应用领域方面,应用场景将不限于医疗诊断,还会向环境、宠物、食品检测等领域扩展。不断创新发展并完善不同应用场景下的新冠核酸检测技术将有助于在新形势下提高疫情防控与保障民生健康的能力。


参考文献

  1. Wiersinga WJ, Rhodes A, Cheng AC, Peacock SJ, Prescott HC. Pathophysiology, Transmission, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): A Review. JAMA. 2020, 324(8): 782-793. doi:10.1001/jama.2020.12839.

  2. https://www.worldometers.info/coronavirus/

  3. 从1000万到1个亿,增长周期越来越短. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1690220942872628198

  4. 本刊. 国务院: 做好疫情常态化防控下新冠病毒核酸检测质量控制工作[J]. 中华医学信息导报, 2020, 35(11):10-10.

  5. 徐英春, 胡继红, 王瑶, 李军, 宁雅婷, 罗燕萍, 周泽奇, 林勇平. 新型冠状病毒实验室检测专家共识[J]. 协和医学杂志, 2021, 12(01): 18-26.

  6. 馨娅.中国科研团队发现新型冠状病毒或已突变[J]. 科学. 2020, 72(02): 42.

  7. 胡展维, 于鲲遥, 王广发. 新型冠状病毒肺炎抗病毒治疗药物及其进展[J]. 中华结核和呼吸杂志. 2020, 43(12): 1096-1099.

  8. 郭振宇, 刘珏, 刘霞. 新型冠状病毒疫苗研究进展[J]. 中国病毒病杂志. 2020, 10(04): 249-254.

  9. 陈慧娟, 刘琪琦, 王升启.新型冠状病毒肺炎: 实验室检测、治疗及疫苗(英文)[J]. 中国生物化学与分子生物学报. 2021, 37(01): 11-19.

  10. 医药行业: 新冠病毒检测常态化是恢复经济生活的重要保障. https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202004201378249957_1.pdf

  11. 国务院联防联控机制: 推进新冠病毒核酸检测重点人群“应检尽检”、其他人群“愿检尽检”. http://www.gov.cn/xinwen/2020-06/08/content_5518073.htm.

  12. 国务院应对新型冠状病毒感染肺炎疫情联防联控机制关于印发进一步推进新冠病毒核酸检测能力建设工作方案的通知. http://www.gov.cn/zhengce/content/2020-08/31/content_5538788.htm

  13. 关于印发冬春季农村地区新冠肺炎疫情防控工作方案的通知. http://www.gov.cn/xinwen/2021-01/21/content_5581572.htm

  14. 核酸检测人人可及!全场景化新冠核酸检测解决方案成刚需. https://new.qq.com/omn/20201209/20201209A0AN4Q00.html

  15. 超硬核的武汉 "火眼" 实验室来了! 每天检测万人份. https://new.qq.com/omn/20200211/20200211A0TOUA00.html

  16. 关于印发全员新型冠状病毒核酸检测组织实施指南的通知. http://www.nhc.gov.cn/yzygj/s7659/202102/c7744556a26f4db1b9f9714dba2dc670.shtml.

  17. 一天可测核酸6万人! 移动检测实验室来了! https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_11205558

  18. 关于进一步做好新冠病毒核酸检测服务的通知. http://www.nhc.gov.cn/yzygj/s7659/202102/032ac176dca64a0e8bd3444c8caca755.shtml.

  19. POCT领域新赛道—快速核酸检测系统. https://www.sohu.com/a/435549749_668702

  20. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes First COVID-19 Test for Self-Testing at Home. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-first-covid-19-test-self-testing-home

  21. 20分钟出结果, Cue Health实现流感等分子诊断项目居家、快速检测. https://vcbeat.top/49716。

杂志后跟_副本.png

本文链接:http://www.ddm360.com/article/detail/1365
版权所有,转载时请以链接的形式注明来源!
相关主题: 感染