É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
Method Article
O protocolo destina-se a servir como um modelo para universidades e outras organizações que consideram testes em larga escala para SARS-CoV-2 ou desenvolvem planos de preparação para futuros surtos virais.
A identificação e o isolamento de indivíduos contagiosos, juntamente com a quarentena de contatos próximos, são essenciais para retardar a propagação do COVID-19. Os testes em larga escala com capacidade de vigilância ou triagem para portadores assintomáticos de COVID-19 fornecem dados sobre a disseminação viral e a capacidade de acompanhamento para testar rapidamente os indivíduos durante suspeitas de surtos. O programa de detecção precoce de COVID-19 da Michigan State University tem utilizado testes em larga escala em uma capacidade de vigilância ou triagem desde o outono de 2020. Os métodos adaptados aqui aproveitam a confiabilidade, o grande volume de amostra e os benefícios de autocoleta da saliva, combinados com um esquema de agrupamento bidimensional de conservação de reagentes e econômico. O processo foi projetado para ser adaptável à escassez de suprimentos, com muitos componentes dos kits e do ensaio facilmente substituídos. Os processos descritos para coleta e processamento de amostras de SARS-CoV-2 podem ser adaptados para testar futuros patógenos virais expressos de forma confiável na saliva. Ao fornecer este plano para universidades ou outras organizações, planos de preparação para futuros surtos virais podem ser desenvolvidos.
A pandemia de COVID-19, causada pelo vírus SARS-CoV-2, causou a morte de mais de 6,2 milhões de pessoas até o momento, com números aumentando a cada dia1. O padrão-ouro de teste para SARS-CoV-2 é a PCR quantitativa em tempo real (RT-q), com primers projetados para atingir o genoma viral, como nucleocapsídeo, envelope, pico e genes de RNA polimerase dependentes de RNA2. No início da pandemia, faltava capacidade suficiente para testes de SARS-CoV-2. Surgiu da falta de ensaios validados, componentes de teste, pessoal clínico e uma infraestrutura despreparada para se expandir rapidamente para acomodar testes em massa em nível de pandemia. Devido à escassez, os centros de testes geralmente exigiam o encaminhamento de um médico para serem elegíveis para o teste. Essa escassez resultou em atrasos na aprovação dos testes, longas filas para coleta desconfortável de amostras nasofaríngeas e longos tempos de espera pelos resultados. Além disso, devido a essas restrições, os esforços de teste não puderam acomodar portadores pré-sintomáticos, leves ou assintomáticos que espalham o SARS-CoV-2 sem saber. A falta de testes generalizados e de fácil acesso provavelmente contribuiu para a disseminação descontrolada do COVID-19.
O teste intervalado em larga escala pode ser realizado como vigilância ou triagem. Ambos podem ser usados para monitorar as taxas de positividade locais em áreas de transmissão de alta densidade ou alto risco e podem ser utilizados para tomar decisões de saúde pública. O teste de vigilância destina-se a monitorar a incidência e prevalência da doença em uma população e não é usado para diagnósticos individuais3. Os resultados da vigilância geralmente são desidentificados e não são devolvidos aos participantes; os laboratórios que realizam testes de vigilância não precisam ser clinicamente certificados, nem são obrigados a usar um ensaio autorizado pela FDA. A triagem permite que os resultados sejam devolvidos a participantes individuais, mas os laboratórios de triagem nos Estados Unidos devem ter um certificado de Emendas de Melhoria de Laboratório Clínico (CLIA) e atender a todos os requisitos aplicáveis da CLIA.
O programa de detecção precoce da Michigan State University (MSU) começou em setembro de 2020 e processou mais de 350.000 amostras. O programa surgiu dos esforços de um grupo de pesquisa para projetar um ensaio SARS-CoV-2 altamente sensível que não exigisse suprimentos de teste de alta demanda 4,5,6,7,8. Os objetivos eram ajudar os laboratórios clínicos a aumentar a capacidade e desenvolver processos flexíveis para acomodar a escassez de suprimentos, ao mesmo tempo em que desenvolviam uma estratégia de triagem para estabelecer um plano de retorno ao trabalho para a Faculdade de Medicina Humana da MSU. Os esforços iniciais se concentraram em métodos alternativos de coleta, extração e quantificação para SARS-CoV-2. A alta demanda e a subsequente escassez de swabs nasofaríngeos levaram à avaliação de amostras de narinas anteriores coletadas com swabs bucais, e a escassez de reagentes resultou no desenvolvimento de um método de extração de amostras adaptado dos primeiros relatórios de Wuhan, China9. Para aumentar a sensibilidade para detectar SARS-CoV-2 em amostras de narinas anteriores, a PCR digital de gotículas foi substituída por RT-qPCR 6,7. Embora a PCR digital de gotículas seja altamente sensível e possa fornecer valores absolutos com uma leitura de endpoint, foi determinado que seu uso não era viável para testes em larga escala devido à falta de instrumentação confiável de alto rendimento para a tecnologia. Além disso, a autocoleta de amostras de narinas anteriores com base nos níveis de RNase P humana foi extremamente variável, sugerindo que não era suficientemente confiável para testes em massa.
Uma alternativa aos swabs nasofaríngeos e das narinas anteriores é a coleta de saliva. Vírus respiratórios como SARS-CoV, H1N1 e MERS foram historicamente detectados na saliva 10,11,12,13. Isso foi posteriormente comprovado para SARS-CoV-2 14,15,16,17. A comparação direta entre amostras de saliva e nasofaringe mostrou que a saliva produz títulos virais mais altos do que os swabs nasofaríngeos em amostras pareadas, e que a saliva é menos variável com a coleta repetida de amostras14. A saliva também foi relatada como mais sensível em certas variantes, como a Omicron, em comparação com a Delta16. Os benefícios adicionais à coleta de saliva são a relativa facilidade de autocoleta fora do local sem suprimentos de alta demanda, a capacidade de testar repetidamente a amostra, se necessário, a eliminação dos requisitos de pessoal no local para coleta de amostras e a prevenção de filas de participantes que podem aumentar o potencial de transmissão viral. O kit de saliva montado em laboratório foi desenvolvido como uma colaboração entre desenvolvedores de ensaios de laboratório, especialistas na escola de embalagens, especialistas em marcas universitárias, oficiais de segurança e parceiros de fabricação externos que produziram a caixa e o sistema de rotulagem.
Embora as amostras de saliva ofereçam amplo material de partida genético e o RT-qPCR forneça resultados sensíveis e confiáveis, o custo dos reagentes (primer/sondas e master mix) tornou o teste em larga escala de amostras individuais um empreendimento caro em um indivíduo, por amostra. Como o primer/sondas e o master mix são os componentes mais caros do processo, o objetivo era buscar soluções que ampliassem seu uso e, portanto, diminuíssem o custo por amostra. A otimização sistêmica do tamanho do pool de amostras com base na incidência na comunidade e na sensibilidade do ensaio foi proposta para testes de SARS-CoV-218. No entanto, quando pools de qualquer tamanho indicam a presença de SARS-CoV-2, todos os participantes do pool devem ser testados novamente, resultando em perda de tempo e aumento das oportunidades de disseminação. Para lidar com essas limitações, um método de agrupamento bidimensional foi empregado, como o processo proposto por Zilinskas e outros19 para realizar uma primeira passagem sob as restrições dos testes de vigilância. Nesse processo, 96 amostras individuais são colocadas em uma placa de 96 poços composta por 12 colunas e oito linhas. Cada amostra é incluída em um pool de oito e um pool de 12 em duas placas de reação diferentes. Isso faz com que cada amostra seja representada de forma única com os dois pools. A deconvolução dos pools com base nas coordenadas identifica amostras potencialmente positivas. As amostras em pools onde o SARS-CoV-2 não foi detectado não passam do teste de vigilância para a triagem. Enquanto isso, amostras de indivíduos com teste positivo no processo de vigilância são extraídas novamente por meio de um processo de triagem aprovado pela CLIA. Se confirmado positivo, os indivíduos recebem seu resultado, são encaminhados ao consultório médico da universidade, o rastreamento de contatos é iniciado e o departamento de saúde é notificado. No total, a amostra de um indivíduo é testada em três reações separadas antes de ser declarada positiva, duas vezes em pools de vigilância e uma vez como uma única triagem confirmatória, reduzindo as chances de um falso positivo. O pool de amostras usa ~80% menos reagentes do que a execução de amostras individualmente, resultando em um custo de ~US$ 12 por amostra.
Além do kit de saliva, estratégia de agrupamento e processo de desenvolvimento de ensaios, a equipe também desenvolveu um plano de logística para distribuição de kits, coleta de amostras e relatórios de resultados. Os participantes do programa pegam seu kit, registram o código alfanumérico exclusivo em seu tubo, produzem sua amostra e a depositam em uma das muitas caixas de coleta onde são coletadas diariamente e transportadas para o laboratório. O laboratório processa as amostras, o supervisor técnico analisa e carrega os resultados e os participantes são notificados para verificar o portal de resultados. Este processo tem um tempo de resposta de 24-48 h a partir do momento em que uma amostra é depositada. A colaboração de todas as partes da instituição foi fundamental para uma implementação bem-sucedida em larga escala desse processo híbrido de vigilância e triagem. Os procedimentos e descrições a seguir do programa de testes e da infraestrutura necessária destinam-se a ser planos sobre como ampliar os testes para fins de vigilância e/ou triagem futuras.
Os estudos realizados para otimizar os métodos do Programa de Detecção Precoce foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Michigan State University. Todas as figuras foram reproduzidas com amostras artificiais e são representativas dos resultados humanos observados. Nenhum dado, informação ou resultado mostrado no manuscrito é de qualquer participante do Programa de Detecção Precoce da Michigan State University.
1. Produção de kits
NOTA: Durante a montagem do kit, use máscaras, luvas, proteção para os olhos e jalecos o tempo todo para evitar a contaminação dos componentes do kit.
2. Usos do kit para coleta de auto-amostra
3. Ingestão de amostras e preparação para isolamento de RNA
NOTA: Todas as etapas ocorrem em um gabinete de biossegurança ou balde de centrífuga com tampa de biocontenção.
4. Isolamento de RNA
5. Agrupamento de amostras e RT-qPCR
NOTA: O processo é configurado em um sistema de duas placas (como visto na Figura 2). O número da placa de RNA de eluição corresponde ao número da placa da coluna produzida e à letra da placa da linha (A = 1, B = 2, C = 3, etc.). Para fins de deconvolução, a letra da linha da placa da coluna corresponderá à letra da linha da placa de eluição de RNA, e o número da coluna da placa de linha corresponderá ao número da coluna da placa de eluição de RNA. Por exemplo, uma amostra na placa de RNA #6 na posição C4 será encontrada na posição da placa de reação da linha F4 e na posição da placa de reação da coluna C6.
6. Validação de amostras positivas
A grande maioria das amostras recebidas pelo laboratório até o momento foi aceita e passou na etapa inicial de controle de qualidade visual. A necessidade de rejeitar uma amostra é limitada a razões que podem influenciar negativamente o processamento da amostra e/ou os resultados gerais da amostra. Especificamente, volume incorreto no tubo, consistência ou cor não natural para a saliva, ausência de grânulos de cerâmica usados para auxiliar na homogeneização da amostra e códig...
Durante o processamento da amostra, há etapas que requerem atenção cuidadosa. A etapa inicial de controle de qualidade, que analisa o volume da amostra, consistência, cor e presença de grânulos adicionados, é fundamental para o sucesso geral do processo. Tubos com amostras que não contêm a quantidade correta de saliva podem produzir um falso negativo, pois pouca saliva resultaria em material genético insuficiente; por outro lado, muita saliva não estaria na proporção correta...
Os autores não têm divulgações financeiras sobre os métodos, suprimentos, equipamentos ou reagentes.
Os autores gostariam de agradecer aos participantes dos estudos aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional da Michigan State University usados para otimizar os métodos (STUDY00004265, STUDY00004383, STUDY00005109), bem como aqueles que saíram para coletar amostras usadas para testar os métodos (Dra. Katie Miller, Anna Stoll, Brian Daley, Dra. Claudia Finkelstein). Este esforço foi apoiado pela Michigan State University.
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 |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados