Стратегията, която би могла да промени тестовете за COVID-19

Учените твърдят, че е необходимо по-мащабно тестване, за да се ограничат огнищата на заразата. За жалост, в много региони има недостиг на химикали, необходими за провеждане на тестовете. В някои страни здравните служители са започнали да използват стратегия, която е била предложена за първи път още през Втората световна война. Става въпрос за така наречените „групови тествания“. Чрез тестване на проби от много хора наведнъж, този метод може да спести време, химически реактиви и пари, твърдят изследователи.

„В настоящата епидемиологична ситуация е необходимо да се тестват изключително голям брой пациенти, което превръща груповите тествания в предпочитан вариант“, казва Рой Кишони, системен биолог в Технион – Израелският технологичен институт в Хайфа.

Китай, Индия, Германия и САЩ вече използват груповите тестове.

Има много начини за провеждане на групови тествания и учените в няколко държави експериментират с най-добрия метод за това по време на пандемия. Идеите им до голяма степен идват от областта на математиката, известни като групово тестване, което се използва широко – от откриването на дефектни коледни лампички на елхата до оценка на разпространението на ХИВ сред населението. „Налице е бум на иновации в тази област“, казва Дрор Барон, информатик от Държавния университет в Северна Каролина в Роли.

Научното списание Nature описва четири метода, които в момента се тестват:

Метод 1 и 2: От сифилис до коронавирус

 Най-точната стратегия за групово тестване е предложена от икономиста Робърт Дорфман през 40-те години на 20в. при тестване на войници за сифилис.

При този метод равен брой проби – събрани от тампони за нос и гърло за установяване коронавирус (SARS-CoV-2)  се смесват заедно и се тестват наведнъж. След това биват изключвани групите с отрицателни проби. Но ако група покаже положителна проба, всеки пациент от тази група се тества повторно индивидуално. Изследователите оценяват най-ефективния размер на групата – тази, която използва най-малък брой тестове – въз основа на разпространението на вируса в общността.

През май служителите в Ухан, Китай, са използвали този метод като част от усилията си, за да тестват огромното мнозинство от населението на града, достигайки приблизително десет милиона души само за две седмици. Пробите от около 2,3 милиона души са били тествани групово, с до 5 проби в група, и са били идентифицирани 56-ма заразени жители.

Методът е най-ефективен, когато има ниски нива на заразяване при около 1% от населението, тъй като груповите тестове са по-склонни да бъдат отрицателни, което спестява тестването на много хора поотделно, твърдят изследователи.

„Това е може би най-лесният метод“, казва Кришна Нараянан, информационен агент в Тексаския университет A&M в College Station. Но има по-ефективни начини за конструиране на втория етап от тестването на всеки поотделно, съобщава той.

По-сложната версия включва добавянето на повече групови тестове, преди да се тества всяка проба поотделно. Увеличаването на груповите тествания намалява броя на хората, които трябва да бъдат тествани индивидуално.

Но този подход е бавен, защото са необходими няколко часа, за да се получат резултатите за всеки групов тест, казва Уилфред Ндифон, биолог от Африканския институт за математически науки в Кигали, Руанда.  „Това е бързо развиваща се и лесно разпространяваща се болест. Нуждаем се от отговори много по-бързо, отколкото би позволил този подход “, твърди той.

Метод 3: Масово тестване

Ндифон и неговите колеги са се подобрили в стратегията на Дорфман, която планират да изпробват в Руанда, и така в крайна сметка намаляват броя на необходимите тестове. Първият им кръг от групови тестове е същият като този на Дорфман, но за групи, които показват положителна проба, те предлагат втори кръг, който разделя пробите между групи, които се припокриват.

Представете си квадратна матрица с девет единици, всяка от които представлява тампони, взети от едно лице. Пробите от всеки ред се тестват като една група, пробите във всяка колона се тестват също като една група, което води до общо шест теста, като пробата на всеки човек е в две групи. Ако пробата съдържа РНК на вируса SARS-CoV-2, и двата групови теста ще бъдат положителни, което улеснява идентифицирането на лицето. Изследователите описват идеята в предпечат, публикуван на arXiv сървъра на 30 април.

Увеличаването на размерите на модела, например от квадрат до куб, дава възможност за по-големи размери на групите и по-високи печалби в ефективността, казва Нийл Турок, физик от Университета в Единбург, Великобритания и съавтор на изследването.

Ндифон, който е член на работната група COVID-19 в Руанда, казва, че груповото тестване е част от правителствената стратегия за бързо идентифициране и изолиране на заразени хора. Той и неговите колеги оценяват, че техният метод може да намали разходите за тестване от 9 долара на човек на 75 цента. Изследователите провеждат лабораторни експерименти, за да разберат колко проби могат да бъдат включени на практика в групов тест и все пак да открият положителен резултат. Леон Мутеса, генетик от Университета на Руанда в Кигали и друг съавтор, който е част от правителствената работна група, заявяват, че са успели да идентифицират една положителна проба в група от 100 човека в лабораторията.

Но Сигрун Смола, молекулярен вирусолог в Медицински център на университета в Саарланд в Хамбург, Германия, която тества проби в групи до 20 души, не препоръчва групирането на повече от 30 проби в един тест, за да се осигури достатъчна точност.

По-големите групи ще затруднят откриването на вируса и ще увеличат шансовете за неидентифициране на положителни проби, казва тя. Смола също е скептична към практическото приложение на техниката нарязване на кубчета при рутинни тестове. „Ако кажете това на техник, той ще отвърне: „ Каква бъркотия. Искам проста схема ”, добавя тя.

Ндифон казва, че екипът му планира да разработи софтуер за автоматизиране на поставените проби.

Метод 4: Подход „една стъпка“

Някои изследователи заявяват, че дори два кръга тестове са твърде много, когато се опитват да ограничат бързо разпространяващ се вирус като SARS-CoV-2. Лабораторните експерти трябва да изчакат да излязат резултатите от първия кръг, което забавя процеса, казва Маной Гопалкришнан, компютърен специалист от Индийския технологичен институт Бомбай в Мумбай.

Вместо това Гопалкришнан предлага да се направят всички тестове в един кръг, с много групи, които се припокриват. Това би увеличило броя на тестовете, но би спестило време – въпреки че първоначалната настройка отнема много време, тъй като наличието на допълнителни групи означава, че трябва да се пипетират повече проби.

Подходът на Гопалкришнан включва смесване на проби в различни групи, като се използва техника за броене, известна като тройката на Киркман, която определя правила за това как трябва да се разпределят пробите. Представете си плоска матрица, в която всеки ред представлява един тест, а всяка колона представлява един човек. По принцип всеки тест трябва да включва един и същ брой проби, а пробата на всеки трябва да бъде тествана еднакъв брой пъти.

Но Нараянан твърди, че стратегиите в една стъпка изискват повече тестове, за да се гарантира същото ниво на точност, както при многоетапно групово тестване. Подходите в една стъпка също означават работа с голям брой проби наведнъж, което може да бъде сложно, казва той. „Невъзможно е човек да направи това обединяване. Ще Ви трябва роботизирана система.“

За да опростят процеса в лабораторията, Гопалкришнан и неговите колеги са разработили приложение за смартфон, което казва на потребителите как да смесват пробите. Според непубликувани резултати от клинични изпитвания в Мумбай, Индия, Бенгалуру и Таласери, се казва, че 5 положителни проби са били идентифицирани успешно от общо 320, използвайки само 48 теста.

Изследователите в Израел използват автоматизирана система и приложение, за да прилагат подобна едноетапна система. Моран Шваркуорт-Коен, която ръководи лабораторията по вирусология в Кампуса за здравни грижи Рамбам в Хайфа, казва, че в момента екипът й оценява системата с обещаващи резултати.