Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Протокол призван послужить образцом для университетов и других организаций, рассматривающих возможность широкомасштабного тестирования на SARS-CoV-2 или разработки планов готовности к будущим вспышкам вируса.
Выявление и изоляция заразных лиц наряду с карантином близких контактов имеет решающее значение для замедления распространения COVID-19. Широкомасштабное тестирование в рамках эпиднадзора или скрининга бессимптомных носителей COVID-19 позволяет получить как данные о распространении вируса, так и возможность последующего наблюдения для быстрого тестирования людей во время предполагаемых вспышек. Программа раннего выявления COVID-19 в Университете штата Мичиган с осени 2020 года использует широкомасштабное тестирование в качестве эпиднадзора или скрининга. Адаптированные здесь методы используют преимущества надежности, большого объема проб и самостоятельного сбора слюны в сочетании с экономичной, сохраняющей реагенты двумерной схемой объединения. Процесс был разработан таким образом, чтобы его можно было адаптировать к нехватке поставок, при этом многие компоненты наборов и анализа легко заменялись. Описанные процессы сбора и обработки образцов SARS-CoV-2 могут быть адаптированы для тестирования будущих вирусных патогенов, надежно экспрессируемых в слюне. Предоставляя этот план университетам или другим организациям, можно разработать планы готовности к будущим вспышкам вируса.
Пандемия COVID-19, вызванная вирусом SARS-CoV-2, на сегодняшний день стала причиной смерти более 6,2 миллиона человек, и их число растет каждыйдень1. Золотым стандартом тестирования на SARS-CoV-2 является количественная ПЦР в реальном времени (RT-q) с праймерами, предназначенными для нацеливания на вирусный геном, такие как нуклеокапсид, оболочка, спайк и гены РНК-зависимой РНК-полимеразы2. В начале пандемии достаточных мощностей для тестирования на SARS-CoV-2 катастрофически не хватало. Она возникла из-за нехватки проверенных анализов, компонентов для тестирования, клинического персонала и инфраструктуры, неподготовленной к быстрому расширению для проведения массового тестирования на уровне пандемии. Из-за нехватки тестовых центров часто требовалось направление врача, чтобы иметь право на тестирование. Этот дефицит привел к задержкам с утверждением тестов, длинным очередям для неудобного сбора образцов из носоглотки и длительному ожиданию результатов. Кроме того, из-за этих ограничений усилия по тестированию не могли учитывать предсимптомных, легких или бессимптомных носителей, неосознанно распространяющих SARS-CoV-2. Отсутствие легкодоступного и широко распространенного тестирования, вероятно, способствовало неконтролируемому распространению COVID-19.
Крупномасштабное интервальное тестирование может быть выполнено либо в виде наблюдения, либо в виде скрининга. Оба эти показателя могут использоваться для мониторинга местных показателей положительности в районах с высокой плотностью или высоким риском передачи инфекции, а также для принятия решений в области общественного здравоохранения. Контрольно-надзорное тестирование предназначено для мониторинга заболеваемости и распространенности заболевания в популяции и не используется для индивидуальной диагностики3. Результаты эпиднадзора, как правило, обезличиваются и не возвращаются участникам; лаборатории, проводящие надзорные испытания, не обязательно должны иметь клиническую сертификацию, а также не обязаны использовать анализ, одобренный FDA. Скрининг позволяет вернуть результаты отдельным участникам, но скрининговые лаборатории в Соединенных Штатах должны иметь сертификат Clinical Laboratory Improvement Amendments (CLIA) и соответствовать всем применимым требованиям CLIA.
Программа раннего выявления Мичиганского государственного университета (MSU) началась в сентябре 2020 года и обработала более 350 000 образцов. Программа возникла в результате усилий исследовательской группы по разработке высокочувствительного анализа на SARS-CoV-2, который не требовал бы высокого спроса на материалы для тестирования 4,5,6,7,8. Цели состояли в том, чтобы помочь клиническим лабораториям увеличить пропускную способность и разработать гибкие процессы для восполнения нехватки поставок, а также разработать стратегию скрининга для создания плана возвращения к работе для Колледжа медицины человека МГУ. Первоначальные усилия были сосредоточены на альтернативных методах сбора, экстракции и количественного определения SARS-CoV-2. Высокий спрос и последующая нехватка мазков из носоглотки привели к оценке образцов передних ноздрей, собранных с помощью буккальных мазков, а нехватка реагентов привела к разработке метода экстракции образцов, адаптированного из ранних отчетов из Уханя, Китай9. Для повышения чувствительности к выявлению SARS-CoV-2 в образцах передних ноздрей капельная цифровая ПЦР была заменена на RT-qPCR 6,7. Несмотря на то, что капельная цифровая ПЦР обладает высокой чувствительностью и может выдавать абсолютные значения при считывании показаний в конечной точке, было установлено, что ее использование нецелесообразно для крупномасштабных испытаний из-за отсутствия надежных высокопроизводительных инструментов для этой технологии. Кроме того, самостоятельный сбор образцов передних ноздрей на основе уровней РНКазы Р человека был чрезвычайно вариабельным, что позволяет предположить, что он недостаточно надежен для массового тестирования.
Альтернативой мазкам из носоглотки и передних ноздрей является сбор слюны. Респираторные вирусы, такие как SARS-CoV, H1N1 и MERS, исторически обнаруживались в слюне 10,11,12,13. Впоследствии это было доказано для SARS-CoV-2 14,15,16,17. Прямое сравнение образцов слюны и носоглотки показало, что слюна дает более высокие титры вируса, чем мазки из носоглотки в сопоставимых образцах, и что слюна менее изменчива при повторном сборе образцов14. Также сообщалось, что слюна более чувствительна к некоторым вариантам, таким как Омикрон, по сравнению с Дельтой16. Дополнительными преимуществами сбора слюны являются относительная простота самостоятельного сбора слюны за пределами объекта без большого спроса, возможность повторного тестирования образца при необходимости, устранение требований к персоналу на месте для сбора образцов и отсутствие очередей участников, которые могут увеличить вероятность передачи вируса. Собранный в лаборатории набор для анализа слюны был разработан в результате сотрудничества между разработчиками лабораторных анализов, экспертами школы упаковки, университетскими экспертами по брендингу, сотрудниками по безопасности и внешними производственными партнерами, которые изготовили коробку и систему маркировки.
В то время как образцы слюны содержат достаточный генетический исходный материал, а ОТ-кПЦР обеспечивает чувствительные и надежные результаты, стоимость реагентов (праймер/зондов и мастер-смеси) сделала крупномасштабное тестирование отдельных образцов дорогостоящим мероприятием для каждого отдельного образца. Поскольку праймер/зонды и мастер-смесь являются наиболее дорогостоящими компонентами процесса, цель состояла в том, чтобы найти решения, которые расширили бы их использование и, следовательно, снизили бы стоимость одного образца. Для тестирования на SARS-CoV-2 была предложена системная оптимизация размера пула выборки на основе заболеваемости в сообществе и чувствительности анализа18. Однако, когда пулы любого размера указывают на наличие SARS-CoV-2, все участники пула должны быть повторно протестированы, что приводит к потере времени и увеличению возможностей для распространения. Чтобы устранить эти ограничения, был использован метод двумерного объединения, подобный процессу, предложенному Жилинскасом и другими19 для проведения первого прохода в условиях контрольного тестирования. В ходе этого процесса 96 отдельных образцов помещаются в 96-луночный планшет, состоящий из 12 столбцов и восьми рядов. Каждый образец включен в пул из восьми и пул из 12 образцов на двух разных реакционных планшетах. Это приводит к тому, что каждая выборка уникально представлена двумя пулами. Деконволюция бассейнов на основе координат позволяет выявить потенциально положительные выборки. Образцы в пулах, в которых SARS-CoV-2 не был обнаружен, не переходят от контрольного тестирования к скринингу. Между тем, образцы, взятые у лиц с положительным результатом теста в процессе эпиднадзора, повторно извлекаются с помощью процесса скрининга, одобренного CLIA. В случае положительного результата пациенту сообщают результат, направляют в кабинет врача университета, начинают отслеживание контактов и уведомляют департамент здравоохранения. В общей сложности образец человека тестируется в трех отдельных реакциях, прежде чем он будет объявлен положительным, дважды в пулах наблюдения и один раз в качестве одного подтверждающего скрининга, что снижает вероятность ложноположительного результата. При объединении образцов используется на ~80% меньше реагентов, чем при работе с образцами по отдельности, что приводит к стоимости ~$12 за образец.
Помимо набора слюны, стратегии объединения и процесса разработки анализов, команда также разработала логистический план для распределения наборов, сбора образцов и составления отчетов о результатах. Участники программы забирают свой набор, регистрируют уникальный буквенно-цифровой код на своей пробирке, производят образец и помещают его в один из многочисленных контейнеров, где их ежедневно забирают и транспортируют в лабораторию. Лаборатория обрабатывает образцы, технический руководитель просматривает и загружает результаты, а участники получают уведомление о необходимости проверить портал результатов. Время выполнения этого процесса составляет 24-48 часов с момента сдачи образца. Сотрудничество со всеми подразделениями учреждения сыграло ключевую роль в успешном широкомасштабном внедрении этого гибридного процесса эпиднадзора и скрининга. Следующие процедуры и описания необходимой программы тестирования и необходимой инфраструктуры предназначены в качестве рекомендаций по расширению масштабов тестирования для будущих целей эпиднадзора и/или скрининга.
Исследования, проведенные с целью оптимизации методов для Программы раннего выявления, были одобрены Институциональным наблюдательным советом Мичиганского государственного университета. Все рисунки были воспроизведены с помощью надуманных образцов и являются репрезентативными для наблюдаемых на людях результатов. Никакие данные, информация или результаты, представленные в рукописи, не принадлежат ни одному из участников Программы раннего выявления Мичиганского государственного университета.
1. Изготовление наборов
ПРИМЕЧАНИЕ: Во время сборки комплекта всегда надевайте маски, перчатки, средства защиты глаз и лабораторные халаты, чтобы предотвратить загрязнение компонентов набора.
2. Использование набора для самостоятельного сбора проб
3. Забор пробы и подготовка к выделению РНК
ПРИМЕЧАНИЕ: Все этапы выполняются в шкафу биобезопасности или ведре центрифуги с крышкой с биозащитной оболочкой.
4. Выделение РНК
5. Пулинг образцов и ОТ-кПЦР
ПРИМЕЧАНИЕ: Процесс настроен в системе с двумя пластинами (как показано на рисунке 2). Номер пластины элюирующей РНК соответствует номеру полученной пластины столбца и букве строки пластины (A = 1, B = 2, C = 3 и т. д.). В целях деконволюции буква строки пластины столбца будет соответствовать букве строки с пластины элюирования РНК, а номер столбца пластины строки будет соответствовать номеру столбца пластины элюирования РНК. Например, образец в РНК-пластине #6 в положении C4 будет найден в позиции реакционной пластины ряда F4, а в позиции реакционной пластины колонки C6.
6. Валидация положительных проб
Подавляющее большинство образцов, полученных лабораторией на сегодняшний день, были приняты и прошли начальный этап визуального контроля качества. Необходимость отбраковки образца ограничена причинами, которые могут негативно повлиять на обработку образца и/или о?...
Во время обработки образца есть этапы, требующие тщательного внимания. Начальный этап контроля качества, на котором проверяется объем, консистенция, цвет и наличие добавленных гранул образца, имеет решающее значение для общего успеха процесса. Пробирки с образцами, к...
Авторы не раскрывают финансовую информацию о методах, расходных материалах, оборудовании или реагентах.
Авторы хотели бы выразить признательность участникам одобренных Институциональным наблюдательным советом Мичиганского государственного университета исследований, используемых для оптимизации методов (STUDY00004265, STUDY00004383, STUDY00005109), а также тех, кто был направлен на сбор образцов, используемых для тестирования методов (д-р Кэти Миллер, Анна Столл, Брайан Дейли, д-р Клаудия Финкельштейн). Это начинание было поддержано Университетом штата Мичиган.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены