多樣化新抗原與抗體檢測試劑加速診斷!對抗新冠病毒

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COVID-19 大傳染病已經帶給全球人類的健康安全前所未有的影響,數個國家病例數持續增加,這使得快速且靈敏的檢測試劑變得更加重要。科學家們已經不眠不休地努力發展各種不同類型的檢測組,從精準的 PCR (Polymerase chain reaction) 分子測試到快速而大規模的抗體檢驗,而現在第三種新檢驗試劑也將實際投入防疫使用。

PCR技術分子檢驗測試

在疫情最初就被定序完成的 SARS-CoV-2 全基因組讓科學家們得以研發 RT-PCR (Real-Time PCR),作為標準可靠的臨床診斷測試。可以確認在疑似感染新型冠狀病毒受測者的鼻腔拭子、鼻咽拭子、痰、下呼吸道抽出物檢體中是否帶有病毒 RNA。

首先樣本中的RNA會先被反轉錄為 cDNA (complementary DNA),在檢體含有病毒 cDNA 的情況下,針對病毒衣殼序列特別設計的引子就會黏合對應序列並增殖該段特定序列。試劑混合組中的探針 (probe) 就會在此時接合到增殖的 DNA 中並產生可定量的實時螢光訊號,當訊號強度達到預設頻率閾值,測試結果就被推定為陽性。增殖所需的聚合酶連鎖反應循環數須達到預設閾值才能確認病毒的含量與感染。

因為 RT-PCR 測試是根據 DNA 放大為技術基礎,需要專業人員以及時間來進行操作。雖然也有像亞培公司 (Abbott Laboratories) 所改良的新型基因子檢測組能簡省更多時間,但這些試劑還是大部分優先提供住院病患使用。因此如何得到快速準確的檢驗組就成為防疫一大難題。另一項難處是同時只能進行單一樣品檢驗,又感染免疫者體內可能有已死亡的病毒顆粒等,容易造成偽陽性結果,並難以判斷病人何時初次感染到病毒。

血清學 (抗體基礎) 免疫診斷測試

要對抗這樣規模的傳染病,必須要準備好能進行大規模的測試。光是美國就有超過 68,000 名病患死亡,現下光景比起每日微不足道的 150,000 個,每天需要約 20,000,000 組檢測試劑才足夠,然而分子試劑的極大數量生產與將產品極小化、簡化到能夠進行定點照護檢驗 (Point of Care Testing, POCT) 絕非易事。更顯現目前狀況下對能夠除了傳統分子測試外更多檢驗方法的需求,也是人們開始注意到免疫檢驗的時機。

抗體為基礎的檢驗使用病患血液檢體,測試其中是否存在 SARS-CoV-2 的抗體,抗體測試能夠斷定病患是否先前曾受到感染,卻無法斷定當下的感染狀態。雖然試驗結果在感染一週以後準確率較高 (當足夠數量的抗體產生),但操作簡易快速,操作產生的誤差性也較低,讓血清診斷法成為可實行的選項。

鑑於疫情狀況刻不容緩,數種抗體檢測組陸續被生產以供使用,即便有些還未通過FDA核准。也因此政府單位要求醫療機構提高注意,不要將其視為單一診斷檢測工具。已經確切通過FDA核准的檢驗組則都詳列在緊急使用授權名單 Emergency Use Authorization (EUA) 頁面上,可供查看。

在 5/3 羅氏藥廠 (Roche) 宣布其最新抗體檢驗試劑 Elecsys® Anti-SARS-CoV-2 antibody test 已經被核可在緊急使用授權名單。雖在此稍早,羅氏藥廠執行長 Severin Schwan 受到議論批評旗下某些已上市抗體試劑品質不足,並被輿論指稱為『災難』。但羅氏目前推出的新抗體測試據報導有 99.8% – 100% 的靈敏度 (在PCR確認 14 天後測得的數據)。

「感謝同仁們竭盡心力的付出,我們現在能夠推出如此高品質且高產量的的抗體測試組,讓我們能用這項重要的工具來支援全球醫療照護系統,更好地面對 COVID-19 帶來的危機。」羅氏藥廠執行長如此說道,「我對於我們的產品所呈現的高靈敏度與精準性感到滿意,因為能夠用值得信賴的工具來幫助全球醫療系統度過這次 COVID-19 疫情是相當重要的工作。」

免疫檢測基礎抗原測試

在病原體上用來引發免疫反應的部分被稱之為抗原,而抗原基礎檢驗試劑則是設計用來偵測患者鼻腔拭子中所含的病毒抗原,這個測試使用的技術基礎是快速簡單並且價格便宜的側層流分析法 (lateral flow assay),以  COVID-19 檢測為例,抗原就是 SARS-CoV-2 上的突刺蛋白 (spike protein)。

位在美國麻州劍橋的新創生技公司 E25Bio 在麻省理工學院科學家 (Massachusetts Institute of Technology, MIT) Lee Gehrke 與 Irene Bosch 帶領下研發出快速 COVID-19 抗原檢測組。近似於藥局販售的驗孕試條,這項快速的診斷工具可在 15 分鐘內檢驗出患者體內是否含有病毒抗原,既不需要複雜的儀器或是專業人員的操作,只要將病患鼻腔拭子檢體液化滴在檢驗試紙的一端,試紙就將吸收並傳遞檢體中的分析物。

檢驗試紙條上含有可辨認 SARS-CoV-2 的抗體,當病毒抗原移動通過試紙並與抗體結合就會產生可辨認的讀值。這項技術更融合了行動裝置應用程式,會將測試結果根據性別、年齡、居住地、以及時間等資料統整來提供疫病時期控制疫情所需的更多資訊。當統整、加總後這些巨量數據將能夠幫助了解疫情的狀況,並找到更有效減少傳染的策略。

E25Bio 公司現在正與一家英國製造商合作希望可以每日生產數百萬計的檢驗試紙,一旦這項測試得到 FDA 核准,它將加速診斷並且幫助追蹤疫病傳播。研發者之一的 Lee Gehrke 提到這項 COVID-19 檢驗工具與他們先前研制的登革熱與茲卡病毒的精準檢測試劑使用的是相同的技術概念,並且每次檢測所需不到 10 塊美金,相較於 PCR 基礎的檢驗來得更加低廉。雖然這項產品在實驗室階段展現高靈敏度,但在病人身上實際施用的結果尚待更多驗證。

這些新抗原檢測工具與傳統 PCR 基礎方法的研發相信一定能加速 COVID-19 的診斷治療工作。抗原測試法如果奏效,也將提供更加快速簡單並便宜可靠的檢測平台,在疫情擴展的時期相對也能帶來更多幫助。

延伸閱讀:生物技術與病毒的競速大賽:全球疫苗研發近況

 

文/ Ishani Dasgupta, Ph.D.

編輯/ Rajaneesh K. Gopinath, Ph.D.

翻譯/ Ray

 

參考資料:

  1. https://www.escardio.org/Education/COVID-19-and-Cardiology/ESC-COVID-19-Guidance
  2. https://jcm.asm.org/content/58/5/e00310-20
  3. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.20.052233v1
  4. https://www.technologyreview.com/2020/04/24/1000486/antigen-testing-could-faster-cheaper-diagnose-covid-19-coronavirus/
  5. https://www.technologyreview.com/2020/04/20/1000228/the-us-will-need-to-do-20-million-tests-a-day-to-reopen-safely/
  6. https://www.fda.gov/medical-devices/letters-health-care-providers/important-information-use-serological-antibody-tests-covid-19-letter-health-care-providers
  7. https://www.roche.com/media/releases/med-cor-2020-05-03.htm
  8. https://diagnostics.roche.com/us/en/products/params/elecsys-anti-sars-cov-2.html
  9. https://energy.mit.edu/news/mit-tata-center-startup-e25bio-produces-15-minute-tests-for-covid-19/
  10. https://www.ceocfointerviews.com/e25bio20.html

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