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Method Article
Le protocole est destiné à servir de modèle aux universités et à d’autres organisations qui envisagent des tests à grande échelle pour le SRAS-CoV-2 ou qui élaborent des plans de préparation aux futures épidémies virales.
L’identification et l’isolement des personnes contagieuses, ainsi que la mise en quarantaine des contacts étroits, sont essentiels pour ralentir la propagation de la COVID-19. Le dépistage à grande échelle dans le cadre d’une capacité de surveillance ou de dépistage des porteurs asymptomatiques de la COVID-19 fournit à la fois des données sur la propagation virale et la capacité de suivi pour tester rapidement les individus en cas d’éclosion suspectée. Depuis l’automne 2020, le programme de détection précoce de la COVID-19 de l’Université d’État du Michigan utilise des tests à grande échelle dans le cadre d’une capacité de surveillance ou de dépistage. Les méthodes adaptées ici tirent parti de la fiabilité, du grand volume d’échantillons et des avantages de l’auto-collecte de salive, associés à un système de regroupement bidimensionnel rentable et conservateur des réactifs. Le processus a été conçu pour pouvoir s’adapter aux pénuries d’approvisionnement, avec de nombreux composants des kits et du test facilement substitués. Les processus décrits pour la collecte et le traitement des échantillons de SARS-CoV-2 peuvent être adaptés pour tester les futurs agents pathogènes viraux exprimés de manière fiable dans la salive. En fournissant ce plan aux universités ou à d’autres organisations, des plans de préparation aux futures épidémies virales peuvent être élaborés.
La pandémie de COVID-19, causée par le virus SARS-CoV-2, a causé la mort de plus de 6,2 millions de personnes à ce jour, avec des chiffres en hausse chaque jour1. L’étalon-or des tests pour le SRAS-CoV-2 est la PCR quantitative en temps réel (RT-q), avec des amorces conçues pour cibler le génome viral, tels que la nucléocapside, l’enveloppe, la pointe et les gènes2 de l’ARN polymérase dépendante de l’ARN. Au début de la pandémie, les capacités de dépistage du SARS-CoV-2 faisaient cruellement défaut. Il est né d’un manque de tests validés, de composants de test, de personnel clinique et d’une infrastructure non préparée à se développer rapidement pour accueillir des tests de masse au niveau de la pandémie. En raison des pénuries, les centres de test exigeaient souvent la recommandation d’un médecin pour être éligibles au test. Ces pénuries ont entraîné des retards dans l’approbation des tests, de longues files d’attente pour le prélèvement d’échantillons nasopharyngés inconfortables et de longs délais d’attente pour les résultats. De plus, en raison de ces contraintes, les efforts de dépistage n’ont pas pu s’adapter aux porteurs présymptomatiques, légers ou asymptomatiques qui propagent sans le savoir le SRAS-CoV-2. L’absence de tests de dépistage généralisés et facilement accessibles a probablement contribué à la propagation incontrôlée de la COVID-19.
Les tests d’intervalle à grande échelle peuvent être effectués soit à titre de surveillance, soit de dépistage. Les deux peuvent être utilisés pour surveiller les taux de positivité locaux dans les zones à forte densité ou à haut risque de transmission et peuvent être utilisés pour prendre des décisions de santé publique. Les tests de surveillance visent à surveiller l’incidence et la prévalence de la maladie dans une population et ne sont pas utilisés pour des diagnostics individuels3. Les résultats de la surveillance sont généralement anonymisés et ne sont pas retournés aux participants ; les laboratoires effectuant des tests de surveillance n’ont pas besoin d’être cliniquement certifiés ni d’utiliser un test autorisé par la FDA. Le dépistage permet de renvoyer les résultats à des participants individuels, mais les laboratoires de dépistage aux États-Unis doivent disposer d’un certificat CLIA (Clinical Laboratory Improvement Amendments) et répondre à toutes les exigences CLIA applicables.
Le programme de détection précoce de l’Université d’État du Michigan (MSU) a débuté en septembre 2020 et a traité plus de 350 000 échantillons. Le programme est né des efforts d’un groupe de recherche pour concevoir un test SARS-CoV-2 très sensible qui ne nécessitait pas de fournitures de test à forte demande 4,5,6,7,8. Les objectifs étaient d’aider les laboratoires cliniques à augmenter leur capacité et à développer des processus flexibles pour faire face aux pénuries d’approvisionnement, tout en élaborant une stratégie de dépistage pour établir un plan de retour au travail pour le MSU College of Human Medicine. Les efforts initiaux se sont concentrés sur des méthodes alternatives de collecte, d’extraction et de quantification du SRAS-CoV-2. La forte demande et les pénuries subséquentes d’écouvillons nasopharyngés ont conduit à l’évaluation d’échantillons de narines antérieures prélevés avec des écouvillons buccaux, et les pénuries de réactifs ont entraîné la mise au point d’une méthode d’extraction d’échantillons adaptée des premiers rapports de Wuhan, en Chine9. Afin d’augmenter la sensibilité pour la détection du SRAS-CoV-2 dans les échantillons de narines antérieures, la PCR numérique en gouttelettes a été substituée à la RT-qPCR 6,7. Bien que la PCR numérique en gouttelettes soit très sensible et puisse fournir des valeurs absolues avec une lecture du point final, il a été déterminé que son utilisation n’était pas réalisable pour des tests à grande échelle en raison du manque d’instruments fiables à haut débit pour la technologie. De plus, l’auto-collecte d’échantillons de narines antérieures en fonction des niveaux de RNase P humaine était extrêmement variable, ce qui suggère qu’elle n’était pas suffisamment fiable pour un test de masse.
Une alternative aux écouvillons nasopharyngés et antérieurs est le prélèvement de salive. Historiquement, les virus respiratoires tels que le SRAS-CoV, le H1N1 et le MERS étaient tous détectés dans la salive 10,11,12,13. Cela s’est avéré vrai par la suite pour le SARS-CoV-2 14,15,16,17. La comparaison directe entre les échantillons de salive et de nasopharynx a montré que la salive produit des titres viraux plus élevés que les écouvillons nasopharyngés dans les échantillons appariés, et que la salive est moins variable avec des prélèvements répétésd’échantillons 14. La salive s’est également révélée plus sensible dans certains variants, tels qu’Omicron, par rapport au Delta16. Les avantages supplémentaires de la collecte de salive sont la facilité relative de l’auto-prélèvement hors site sans approvisionnement en forte demande, la possibilité de retester l’échantillon à plusieurs reprises si nécessaire, l’élimination des exigences en matière de personnel sur place pour la collecte des échantillons et l’évitement des files d’attente des participants, ce qui pourrait augmenter le risque de transmission virale. Le kit de salive assemblé en laboratoire a été développé en collaboration entre les développeurs de tests de laboratoire, les experts de l’école d’emballage, les experts en image de marque des universités, les responsables de la sécurité et les partenaires de fabrication externes qui ont produit la boîte et le système d’étiquetage.
Alors que les échantillons de salive offrent un matériel de départ génétique abondant et que la RT-qPCR fournit des résultats sensibles et fiables, le coût des réactifs (amorce/sondes et mélange maître) a fait de l’analyse à grande échelle d’échantillons individuels une entreprise coûteuse sur une base individuelle, par échantillon. Étant donné que l’amorce/les sondes et le mélange maître sont les composants les plus coûteux du processus, l’objectif était de rechercher des solutions qui étendraient leur utilisation et réduiraient ainsi le coût par échantillon. L’optimisation systématique de la taille du pool d’échantillons en fonction de l’incidence dans la communauté et de la sensibilité du test a été proposée pour le test SARS-CoV-218. Cependant, lorsque des flaques de n’importe quelle taille indiquent la présence du SRAS-CoV-2, tous les participants du bassin doivent être testés à nouveau, ce qui entraîne une perte de temps et une augmentation des possibilités de propagation. Pour remédier à ces limites, une méthode de regroupement bidimensionnel a été utilisée, comme le processus proposé par Zilinskas et d’autres19 pour effectuer un premier passage sous les restrictions des tests de surveillance. Dans ce processus, 96 échantillons individuels sont placés dans une plaque de 96 puits composée de 12 colonnes et de huit rangées. Chaque échantillon est inclus dans un pool de huit et un pool de 12 sur deux plaques de réaction différentes. Ainsi, chaque échantillon est représenté de manière unique dans les deux groupes. La déconvolution des bassins basée sur les coordonnées identifie les échantillons potentiellement positifs. Les échantillons dans les pools où le SRAS-CoV-2 n’a pas été détecté ne passent pas des tests de surveillance au dépistage. Pendant ce temps, les échantillons des personnes testées positives dans le cadre du processus de surveillance sont réextraits par le biais d’un processus de dépistage approuvé par la CLIA. S’ils sont confirmés positifs, les personnes reçoivent leur résultat, sont dirigées vers le cabinet du médecin de l’université, la recherche des contacts est amorcée et le service de santé est informé. Au total, l’échantillon d’un individu est testé lors de trois réactions distinctes avant d’être déclaré positif, deux fois dans des pools de surveillance et une fois en tant que dépistage de confirmation unique, ce qui réduit les risques de faux positif. Le regroupement d’échantillons utilise ~80 % moins de réactifs que l’analyse des échantillons individuellement, ce qui entraîne un coût de ~12 $ par échantillon.
Au-delà du kit de salive, de la stratégie de mutualisation et du processus de développement des tests, l’équipe a également élaboré un plan logistique pour la distribution des kits, la collecte des échantillons et la communication des résultats. Les participants au programme récupèrent leur trousse, enregistrent le code alphanumérique unique sur leur tube, produisent leur échantillon et le déposent dans l’un des nombreux bacs de dépôt où ils sont ramassés quotidiennement et transportés au laboratoire. Le laboratoire traite les échantillons, le superviseur technique examine et télécharge les résultats, et les participants sont invités à consulter le portail des résultats. Ce processus a un délai d’exécution de 24 à 48 h à partir du moment où un échantillon est déposé. La collaboration de toutes les parties de l’institution a été essentielle à la réussite de la mise en œuvre à grande échelle de ce processus hybride de surveillance et de dépistage. Les procédures et les descriptions suivantes du programme et de l’infrastructure de dépistage nécessaires sont conçues comme des plans sur la façon d’intensifier les tests à des fins de surveillance et/ou de dépistage futurs.
Les études réalisées pour optimiser les méthodes du programme de détection précoce ont été approuvées par le Michigan State University Institutional Review Board. Toutes les figures ont été reproduites à l’aide d’échantillons artificiels et sont représentatives des résultats observés chez l’homme. Aucune donnée, information ou résultat présenté dans le manuscrit ne provient d’un participant au programme de détection précoce de l’Université d’État du Michigan.
1. Production de kits
REMARQUE : Lors de l’assemblage du kit, portez des masques, des gants, des lunettes de protection et des blouses de laboratoire à tout moment pour éviter de contaminer les composants du kit.
2. Utilisation du kit pour l’auto-prélèvement d’échantillons
3. Prélèvement et préparation de l’échantillon pour l’isolement de l’ARN
REMARQUE : Toutes les étapes se déroulent dans une enceinte de biosécurité ou un seau à centrifugeuse avec un couvercle de bioconfinement.
4. Isolement de l’ARN
5. Regroupement d’échantillons et RT-qPCR
REMARQUE : Le processus est configuré dans un système à deux plaques (comme le montre la figure 2). Le numéro de la plaque d’ARN d’élution correspond au numéro de la plaque de colonne produite et à la lettre de la plaque de ligne (A = 1, B = 2, C = 3, etc.). À des fins de déconvolution, la lettre de ligne de la plaque de colonne correspondra à la lettre de ligne de la plaque d’élution d’ARN, et le numéro de colonne de la plaque de ligne correspondra au numéro de colonne de la plaque d’élution d’ARN. Par exemple, un échantillon dans la plaque d’ARN #6 en position C4 se trouvera dans la position de la plaque de réaction de ligne F4 et dans la position de plaque de réaction de la colonne C6.
6. Validation des échantillons positifs
La grande majorité des échantillons reçus par le laboratoire à ce jour ont été acceptés et ont passé l’étape initiale de contrôle visuel de la qualité. La nécessité de rejeter un échantillon est limitée aux raisons qui peuvent influencer négativement le traitement de l’échantillon et/ou les résultats globaux de l’échantillon. Plus précisément, un volume incorrect dans le tube, une consistance ou une couleur non naturelle à la salive, l’absence de billes de c...
Lors du traitement des échantillons, il y a des étapes qui nécessitent une attention particulière. L’étape initiale de contrôle de la qualité, qui porte sur le volume de l’échantillon, la consistance, la couleur et la présence de billes ajoutées, est essentielle au succès global du processus. Les tubes contenant des échantillons qui ne contiennent pas la bonne quantité de salive pourraient produire un faux négatif, car trop peu de salive entraînerait un manque de maté...
Les auteurs n’ont aucune divulgation financière concernant les méthodes, les fournitures, l’équipement ou les réactifs.
Les auteurs tiennent à remercier les participants aux études approuvées par le Michigan State University Institutional Review Board et qui ont permis d’optimiser les méthodes (STUDY00004265, STUDY00004383, STUDY00005109), ainsi que ceux qui ont prélevé des échantillons utilisés pour tester les méthodes (Katie Miller, Anna Stoll, Brian Daley, Claudia Finkelstein). Cette entreprise a été soutenue par l’Université d’État du 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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