Je možný test na koronavirový dýchací přístroj?

AndreyPopov / Getty Images

Klíčové jídlo

• Vědci zkoumají zařízení podobné dechovému analyzátoru pro detekci COVID-19.
• Zařízení je vyškoleno v rozlišování „podpisu COVID“ na základě těkavých organických sloučenin (VOC) v dechu.
• Dechový test může mít v budoucnu místo ve screeningu virů, potenciálně na přeplněných místech.

Jediná věc, která je stejně frustrující, jako čekání na zjištění, zda jste pozitivně testovali na koronavirus, což je proces, který může trvat i několik dní, může být zkouška na prvním místě. Nejběžnější test COVID-19 zahrnuje dlouhý tampón, který vám uvízl v nosní dírce, aby sbíral sekrece ze zadní části nosu a krku - což není zrovna příjemný pocit. Vědci však začínají s lehčími metodami. Může to být jako testování dechu na konzumaci alkoholu.

"Je to myšlenka, že máte dech COVID," říká Verywell Makeda Robinson, MD, PhD, kolega z infekční nemoci na Stanfordské univerzitě. "Již bylo prokázáno, že viry a buňky infikované viry mohou emitovat tyto těkavé organické sloučeniny nebo těkavé organické látky do vašeho dechu."

Vědci vyvinuli a provedli malou ranou studii na zařízení podobném dechovému analyzátoru, aby rychle detekovali přítomnost SARS-CoV-2, viru, který způsobuje COVID-19. Zjištění byla nedávno zveřejněna vACS Nano, publikace American Chemical Society.

Jak to funguje

Zařízení má senzor vyrobený z nanomateriálů spojených s molekulami citlivými na VOC. Když VOC z dechu interagují se senzorem, změní se elektrický odpor a vytvoří se vzor. Vědci pomocí strojového učení naučili senzor rozpoznat klíčové rozdíly ve vydechovaném dechu a identifikovat možný podpis COVID-19 na základě signálů elektrického odporu.

Aby se senzor naučil rozpoznávat možný podpis COVID-19, vědci zařadili tři skupiny: 49 pacientů s potvrzeným COVID-19, 58 zdravých jedinců a 33 pacientů s non-COVID plicní infekcí. Každý účastník několik sekund foukal do prototypu.Vědci dále potřebovali zjistit, zda je potenciální podpis COVID prototypu přesný, takže zařízení otestovali na menším počtu ze 140 účastníků.

Je to přesné?

Při odlišení případů COVID-19 od kontrolní skupiny zdravých jedinců bylo zařízení přesné o 76%. Senzor rozlišoval mezi jedinci s COVID-19 a jedinci s diagnostikovaným jiným typem plicní infekce s přesností 95% a mezi uzdravenými a nemocnými pacienty s COVID-19 s přesností 88%.

"Je to všechno přímo na levé straně vývojové křivky," říká Verywell Farley Cleghorn, MD, MPH, epidemiolog a globální vedoucí zdravotnictví v Palladiu. "Je to první zpráva." A i když ukazuje některá slibná data, dokonce i autoři sami tvrdí, že potřebujeme rozsáhlejší studii. “

Test byl nejméně přesný při určování mezi infekcí COVID-19 a zdravými subjekty. Studie zaznamenala řadu falešných pozitiv, které mohou vést ke zvýšení využívání zdravotní péče a zbytečně přispívají k přetížení, říká Robinson. Ale falešně pozitivní výsledky nemusí být tak důležité než pohřešované osoby, které jsou infikovány.

"Pokud někdo nevědomky má [COVID-19] a nasedne do letadla nebo se vrátí do práce, vystavuješ tomu hodně lidí," říká Robinson.

Co to pro vás znamená

V budoucnu možná budete moci podstoupit zkoušku COVID-19 jako dechový test. Ale právě teď jsou schopny nabídnout výsledky pouze testovací metody udělené Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) pro nouzové použití (EAU).

Test může pomoci zlepšit měřidlo

Robinson říká, že ji zvláště zajímá skutečnost, že senzor dokázal do určité míry rozlišovat mezi pacienty nemocnými COVID-19 a těmi, kteří se uzdravili.

"Možná by nám to mohlo říci více o tom, jak se lidé časem zlepšují nebo nezlepšují," říká. "Není jisté, že by to mohlo udělat, ale myslím, že tu možnost je."

Omezení počátečního výzkumu spočívá v tom, že nezohledňuje mnoho faktorů, jako je věk, pohlaví, etnická příslušnost, komorbidita a dokonce ani to, kde se test provádí. "Toto je tak malá studie, která byla provedena ve Wuhanu v Číně - tedy u více druhů homogenní populace pacientů," říká Robinson. "Nevíme, jestli bude dech COVID-19 této oblasti podobný ostatním."

Makeda Robinson, MD, PhD

Můžeme se stále vyvíjet. Tento test se může postupem času stále zlepšovat.

Senzor však může být schopen trénovat, aby tyto faktory zohledňoval. „Myslím, že to je opravdu příslib strojového učení," říká Robinson. „Můžeme se neustále vyvíjet. Tento test se může postupem času stále zlepšovat."

Vítaná alternativa k výtěrům

Stále existuje potřeba lepších testovacích metod pro SARS-CoV-2, zejména možností, které jsou méně invazivní než obávaný nasofaryngeální výtěr.

"Je to velmi nepříjemné," říká velmi dobře Rebecca Wurtz, MD, MPH, docentka na Fakultě veřejného zdraví na University of Minnesota. "Pokud je skutečně získán správně, měl bys tampon zatlačit úplně dozadu a pak jím pětkrát kroužit."

Wurtz říká, že o tom neviděla žádné studie, ale má podezření na uživatelskou chybu při odběru, zejména na některých webech pro testování při zvyšování výkonu, kde si sami skutečně provádíte tampon. "Myslím, že mnoho laboratorních techniků a zdravotních sester a dalších lidí, kteří získávají vzorky i v kontrolovaném prostředí, se bojí posunout ten tampón úplně zpět a způsobit takové nepohodlí," říká.

Americký úřad pro kontrolu potravin a léčiv (FDA) udělil povolení pro nouzové použití (EAU) 230 testům COVID-19, včetně 186 molekulárních, 40 testů na protilátky a 4 testů na antigeny. Dechový test ve vývoji nespadá do žádné z těchto kategorií.

"Došlo k takové druhé vlně," říká Robinson o testování inovací. "Získali jsme více informací, že různé typy vzorků mohou mít ve skutečnosti podobnou přesnost." A teď jsme se nějak přesunuli k tomu, abychom si položili otázku: ‚Je to nejlepší a jediný způsob?‘ “

Odběr vzorků je jen polovina úspěchu. Ačkoli se v současnosti pracuje na nových a inovativních laboratorních metodách, zlatým standardem pro tuto pandemii bylo testování polymerázové řetězové reakce s reverzní transkriptázou (RT-qPCR). PCR je podle FDA složitý a časově náročný proces zahrnující chemikálie a stroje v laboratoři. Před zahájením testování musí být vzorky odeslány do vhodné laboratoře, kde často čekají ve frontě.

Cleghorn říká, že laboratoře jsou jednoduše zálohovány. Asi před měsícem šel na bezplatný testovací web COVID-19, říká Verywell. Doba zpracování výsledků na tomto webu byla asi 10 dní. V té době říká, že lidé mohli „postrádat okno pro provádění všech správných epidemiologických kontrolních opatření, která jsou nutná, když je někdo pozitivní na koronaviry nebo byl vystaven.“

Dlouhé doby obratu výsledků se týkají odborníků, zejména když je míra pozitivních testů stále vysoká na mnoha místech v USA a před začátkem studené a chřipkové sezóny. „Doporučujeme, aby míra pozitivity podle jurisdikce byla nižší než 5%,“ vysvětluje Cleghorn s odvoláním na referenční hodnotu COVID-19 stanovenou Světovou zdravotnickou organizací v květnu. „V USA máme asi 30 států, které toho nedosáhly. . “

Tyto statistiky, dodává Cleghorn, „vedly k mnohem větší chuti k dalším testům. A proto bylo vyvinuto obrovské a velmi plodné úsilí vyvinout testy protilátek, testy antigenu, testy jiné než PCR - vše, co ulehčí část zátěže, kterou zažíváme. “

Pouzdra pro dechové testy

Budeme tedy všichni v blízké budoucnosti testováni na „COVID dech“? "Samotný test je velmi podobný dechovému analyzátoru alkoholu," říká Robinson o prototypu uvedeném ve studii. "A alkohol nebo ethanol je VOC."

Díky snadnému použití může být dechový test užitečným nástrojem pro screening v místě vstupu, dodává Robinson. Právě teď mnoho míst, jako jsou školy, kliniky a kanceláře, provádí kontroly teploty a ptají se jednotlivců na příznaky. „Myslím si, že takový diagnostický test má skutečnou mezeru, protože vyžaduje tak málo dalšího personálu a doba obratu je tak rychlá,“ říká. "Znovuotevřením škol jsme viděli, že je tam hodně hitů nebo mincí."

Hypoteticky by mohl dechový analyzátor pomoci správcům škol kontrolovat studenty přesněji a efektivněji. A takový test lze použít také v kinech nebo na sportovních akcích. "Citlivost a specifičnost by musely být vylepšeny," říká Wurtz, "ale citlivost a specifičnost testů, které právě teď máme, není příliš dobrá a čas a zpoždění jsou značné."

Prototyp podobný dechovému analyzátoru používá na svém senzoru zlaté nanočástice, což pro Robinsona vyvolává několik otázek. "Jak drahé jsou tyto testy?" ona říká. "Jak často je nutné tyto senzory vyměňovat?" Můžeme takový test škálovat na velmi, velmi vysokou úroveň? Mám otázku, zda se jedná o udržitelné řešení. “

Wurtz souhlasí s tím, že je příliš brzy na to, abychom řekli, zda si vezmeme dechové analyzátory COVID-19, než půjdeme do školy nebo do práce nebo na koncert. "Z těchto věcí se příliš nevzrušuji," říká. "Ale jako oblast průzkumu si myslím, že je to slibná."