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Method Article
El protocolo pretende servir de modelo para las universidades y otras organizaciones que estén considerando realizar pruebas a gran escala para el SARS-CoV-2 o desarrollar planes de preparación para futuros brotes virales.
La identificación y el aislamiento de las personas contagiosas, junto con la cuarentena de los contactos cercanos, son fundamentales para frenar la propagación del COVID-19. Las pruebas a gran escala en calidad de vigilancia o cribado de portadores asintomáticos de COVID-19 proporcionan tanto datos sobre la propagación viral como la capacidad de seguimiento para realizar pruebas rápidamente a las personas durante los brotes sospechosos. El programa de detección temprana de COVID-19 de la Universidad Estatal de Michigan ha estado utilizando pruebas a gran escala en calidad de vigilancia o detección desde el otoño de 2020. Los métodos adaptados aquí aprovechan la fiabilidad, el gran volumen de muestra y los beneficios de la autorecolección de la saliva, junto con un esquema de agrupación bidimensional rentable y conservador de reactivos. El proceso fue diseñado para ser adaptable a la escasez de suministros, con muchos componentes de los kits y el ensayo fácilmente sustituibles. Los procesos descritos para recolectar y procesar muestras de SARS-CoV-2 se pueden adaptar para analizar futuros patógenos virales expresados de manera confiable en la saliva. Al proporcionar este plan para las universidades u otras organizaciones, se pueden desarrollar planes de preparación para futuros brotes virales.
La pandemia de COVID-19, causada por el virus SARS-CoV-2, ha causado la muerte de más de 6,2 millones de personas hasta la fecha, y las cifras aumentan cada día1. El estándar de oro de las pruebas para el SARS-CoV-2 es la PCR cuantitativa en tiempo real (RT-q), con cebadores diseñados para dirigirse al genoma viral, como los genes de nucleocápside, envoltura, espícula y ARN polimerasadependiente de ARN 2. Al comienzo de la pandemia, la capacidad suficiente para realizar pruebas de detección del SARS-CoV-2 era muy escasa. Surgió de la falta de ensayos validados, componentes de prueba, personal clínico y una infraestructura que no estaba preparada para expandirse rápidamente para acomodar pruebas masivas a nivel de pandemia. Debido a la escasez, los centros de pruebas a menudo requerían la referencia de un médico para ser elegible para la prueba. Esta escasez provocó retrasos en la aprobación de las pruebas, largas colas para la incómoda recogida de muestras nasofaríngeas y largos tiempos de espera para los resultados. Además, debido a estas limitaciones, los esfuerzos de prueba no pudieron acomodar a los portadores presintomáticos, leves o asintomáticos que propagaron el SARS-CoV-2 sin saberlo. Es probable que la falta de pruebas generalizadas y de fácil acceso haya contribuido a la propagación descontrolada de la COVID-19.
Las pruebas de intervalo a gran escala se pueden realizar como vigilancia o detección. Ambos se pueden usar para monitorear las tasas de positividad local en áreas de alta densidad o alta riesgo de transmisión y se pueden utilizar para tomar decisiones de salud pública. Las pruebas de vigilancia están destinadas a controlar la incidencia y prevalencia de la enfermedad en una población y no se utilizan para el diagnóstico individual3. Por lo general, los resultados de la vigilancia se anonimizan y no se devuelven a los participantes; los laboratorios que realizan pruebas de vigilancia no necesitan estar clínicamente certificados, ni están obligados a utilizar un ensayo autorizado por la FDA. La detección permite que los resultados se devuelvan a los participantes individuales, pero los laboratorios de detección en los Estados Unidos deben tener un certificado de Enmiendas para la Mejora del Laboratorio Clínico (CLIA) y cumplir con todos los requisitos aplicables de CLIA.
El programa de detección temprana de la Universidad Estatal de Michigan (MSU, por sus siglas en inglés) comenzó en septiembre de 2020 y ha procesado más de 350,000 muestras. El programa surgió de los esfuerzos de un grupo de investigación para diseñar un ensayo de SARS-CoV-2 altamente sensible que no requiriera suministros de prueba de alta demanda 4,5,6,7,8. Los objetivos eran ayudar a los laboratorios clínicos a aumentar su capacidad y desarrollar procesos flexibles para adaptarse a la escasez de suministros, al tiempo que desarrollaban una estrategia de detección para establecer un plan de regreso al trabajo para la Facultad de Medicina Humana de MSU. Los esfuerzos iniciales se centraron en métodos alternativos de recolección, extracción y cuantificación para el SARS-CoV-2. La alta demanda y la posterior escasez de hisopos nasofaríngeos llevaron a la evaluación de muestras de narinas anteriores recolectadas con hisopos bucales, y la escasez de reactivos resultó en el desarrollo de un método de extracción de muestras adaptado de los primeros informes de Wuhan, China9. Con el fin de aumentar la sensibilidad para la detección de SARS-CoV-2 en muestras de narinas anteriores, se sustituyó la PCR digital en gotas por la RT-qPCR 6,7. Aunque la PCR digital en gotas es muy sensible y puede proporcionar valores absolutos con una lectura de punto final, se determinó que su uso no era factible para pruebas a gran escala debido a la falta de instrumentación fiable de alto rendimiento para la tecnología. Además, la autorecolección de muestras de narinas anteriores basada en los niveles de ARNasa P humana fue extremadamente variable, lo que sugiere que no era lo suficientemente fiable para las pruebas masivas.
Una alternativa a los hisopos nasofaríngeos y de narinas anteriores es la recolección de saliva. Históricamente, los virus respiratorios como el SARS-CoV, el H1N1 y el MERS se detectaron en la saliva 10,11,12,13. Posteriormente, se demostró que esto era cierto para el SARS-CoV-2 14,15,16,17. La comparación directa entre las muestras de saliva y nasofaríngeas mostró que la saliva produce títulos virales más altos que los hisopos nasofaríngeos en muestras pareadas, y que la saliva es menos variable con la recolección repetidade muestras 14. También se ha informado que la saliva es más sensible en ciertas variantes, como Ómicron, en comparación con Delta16. Los beneficios adicionales de la recolección de saliva son la relativa facilidad de la autorecolección fuera del sitio sin suministros de alta demanda, la capacidad de volver a analizar repetidamente la muestra si es necesario, la eliminación de los requisitos de personal en el sitio para la recolección de muestras y evitar las filas de participantes que podrían aumentar el potencial de transmisión viral. El kit de saliva ensamblado en laboratorio se desarrolló como una colaboración entre desarrolladores de ensayos de laboratorio, expertos en la escuela de empaques, expertos en marcas universitarias, oficiales de seguridad y socios de fabricación externos que produjeron la caja y el sistema de etiquetado.
Si bien las muestras de saliva ofrecen un amplio material genético de partida y la RT-qPCR proporciona resultados sensibles y confiables, el costo de los reactivos (cebador/sondas y mezcla maestra) hizo que las pruebas a gran escala de muestras individuales fueran un esfuerzo costoso individual, por muestra. Dado que el cebador/sonda y la mezcla maestra son los componentes más caros del proceso, el objetivo era buscar soluciones que ampliaran su uso y, por lo tanto, disminuyeran el costo por muestra. Se ha propuesto la optimización sistémica del tamaño del grupo de muestras en función de la incidencia en la comunidad y la sensibilidad del ensayo para las pruebas de SARS-CoV-218. Sin embargo, cuando los grupos de cualquier tamaño indican la presencia de SARS-CoV-2, todos los participantes en el grupo deben volver a hacerse la prueba, lo que resulta en una pérdida de tiempo y un aumento de las oportunidades de propagación. Para abordar estas limitaciones, se empleó un método de agrupación bidimensional, como el proceso propuesto por Zilinskas y otros19 para realizar un primer paso bajo las restricciones de las pruebas de vigilancia. En este proceso, se colocan 96 muestras individuales en una placa de 96 pocillos que consta de 12 columnas y ocho filas. Cada muestra se incluye en un grupo de ocho y un grupo de 12 en dos placas de reacción diferentes. Esto da como resultado que cada muestra se represente de forma única con los dos grupos. La deconvolución de los grupos en función de las coordenadas identifica muestras potencialmente positivas. Las muestras en grupos donde no se detectó el SARS-CoV-2 no pasan de las pruebas de vigilancia a las pruebas de detección. Mientras tanto, las muestras de las personas que dan positivo en el proceso de vigilancia se vuelven a extraer a través de un proceso de detección aprobado por CLIA. Si se confirma un positivo, se da a las personas su resultado, se las remite al consultorio del médico de la universidad, se inicia el rastreo de contactos y se notifica al departamento de salud. En total, la muestra de un individuo se analiza en tres reacciones separadas antes de ser declarada positiva, dos veces en grupos de vigilancia y una vez como una sola prueba de confirmación, lo que reduce las posibilidades de un falso positivo. La agrupación de muestras utiliza ~ 80% menos de reactivos que las muestras procesadas individualmente, lo que resulta en un costo de ~ $ 12 por muestra.
Más allá del kit de saliva, la estrategia de agrupación y el proceso de desarrollo de ensayos, el equipo también desarrolló un plan logístico para la distribución de kits, la recolección de muestras y la presentación de informes de resultados. Los participantes en el programa recogen su kit, registran el código alfanumérico único en su tubo, producen su muestra y la depositan en uno de los muchos contenedores de entrega donde se recogen diariamente y se transportan al laboratorio. El laboratorio procesa las muestras, el supervisor técnico revisa y carga los resultados, y se notifica a los participantes para que consulten el portal de resultados. Este proceso tiene un tiempo de respuesta de 24-48 h desde el momento en que se deposita una muestra. La colaboración de todas las partes de la institución fue clave para una implementación exitosa a gran escala de este proceso híbrido de vigilancia y detección. Los siguientes procedimientos y descripciones del programa de pruebas y la infraestructura necesaria pretenden ser modelos sobre cómo ampliar las pruebas para futuros fines de vigilancia y/o detección.
Los estudios realizados para optimizar los métodos del Programa de Detección Temprana fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad Estatal de Michigan. Todas las figuras fueron reproducidas con muestras artificiales y son representativas de los resultados humanos observados. Ningún dato, información o resultado que se muestra en el manuscrito proviene de ningún participante del Programa de Detección Temprana de la Universidad Estatal de Michigan.
1. Producción de kits
NOTA: Durante el armado del kit, use mascarillas, guantes, protección para los ojos y batas de laboratorio en todo momento para evitar la contaminación de los componentes del kit.
2. Usos del kit para la recolección de muestras propias
3. Ingesta de muestras y preparación para el aislamiento de ARN
NOTA: Todos los pasos se llevan a cabo en un gabinete de bioseguridad o cubo de centrífuga con tapa de biocontención.
4. Aislamiento de ARN
5. Agrupación de muestras y RT-qPCR
NOTA: El proceso se configura en un sistema de dos placas (como se ve en la Figura 2). El número de placa de ARN de elución corresponde al número de placa de columna producido y la letra de la placa de fila (A = 1, B = 2, C = 3, etc.). Para fines de deconvolución, la letra de la fila de la placa de columna corresponderá a la letra de la fila de la placa de elución de ARN, y el número de columna de la placa de fila corresponderá al número de columna de la placa de elución de ARN. Por ejemplo, una muestra en la placa de ARN #6 en la posición C4 se encontrará en la posición F4 de la placa de reacción en fila y en la posición C6 de la placa de reacción en columna.
6. Validación de muestras positivas
La gran mayoría de las muestras recibidas por el laboratorio hasta la fecha han sido aceptadas y han pasado el paso inicial de control de calidad visual. La necesidad de rechazar una muestra se limita a razones que pueden influir negativamente en el procesamiento de la muestra y/o en los resultados generales de la misma. Específicamente, el volumen incorrecto en el tubo, la consistencia o el color no natural de la saliva, la ausencia de perlas de cerámica utilizadas para ayudar en la ...
Durante el procesamiento de muestras, hay pasos que requieren una atención cuidadosa. El paso inicial de control de calidad, que analiza el volumen de la muestra, la consistencia, el color y la presencia de perlas agregadas, es fundamental para el éxito general del proceso. Los tubos con muestras que no contienen la cantidad correcta de saliva podrían producir un falso negativo, ya que muy poca saliva daría como resultado que no haya suficiente material genético; por el contrario, d...
Los autores no tienen información financiera sobre los métodos, suministros, equipos o reactivos.
Los autores desean agradecer a los participantes en los estudios aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad Estatal de Michigan utilizados para optimizar los métodos (STUDY00004265, STUDY00004383, STUDY00005109), así como a aquellos que salieron a recolectar muestras utilizadas para probar los métodos (Dra. Katie Miller, Anna Stoll, Brian Daley, Dra. Claudia Finkelstein). Este esfuerzo contó con el apoyo de la Universidad Estatal de Michigan.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 Step MM, no ROX | Thermo Fisher | A28523 | |
1.2 mlDeep well Plates | Fisher | AB0564 | |
100 mL reagent reservoirs | Corning | 4872 | |
2.8 mm Ceramic Beads | OMNI | 19-646 | |
25 ml conical w/screw cap | VWR | 76338-496 | |
50mL V bottom reservoirs | Costar | 4870 | |
5430-High-Speed Centrifuge | Eppendorf | 22620601 | |
5ml Eppendorf Tube | Fisher | 14282300 | |
8 strip tubes for QuantStudio | life technologies | 4316567 | |
Beta Mercaptoethanol | Fisher | AC125472500 | |
Ethanol 200 Proof, Molecular Biology Grade | Fisher | BP28184 | |
Microamp Endura Optical 96-well fast clear reaction plate with barcode | life technologies | 4483485 | |
Microamp Fast Optical 96 well plate | Fisher | 4346906 | |
Mini Microcentrifuge | Corning Medical | 6770 | |
optical caps for strip tubes | life technologies | AB-1820 | |
Optical Film | Thermo Fisher | 4311971 | |
PCR plate sealing film Non-optical | Fisher | AB-0558 | |
PCR Plate semi-skirted | Fisher | 14230244 | |
QuantStudio 3 Real-Time PCR System, 96-well, 0.1 mL | Thermo Fisher | A28136 | |
Quick RNA Viral Kit confirmation | Zymo | R1035 | |
Reagent Reservoir, 100ml | DOT | 229298 | |
RNA Shield | Zymo | R1200-1L | |
Small Biohazard Bags | Fisher | 180000 | |
Taqpath RTPCR COVID19 kit | Thermo Fisher | A47814 | |
Thermo Scientific Sorvall ST4R Plus Centrifuge | Thermo Fisher | 75009525 | |
Transfer Pipet | Fisher | 22170404 | |
Viral 96 Kit | Zymo | R1041 | |
Vortex Mixer | Fisher | 2215414 |
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