АндрейПопов / Getty Images
Ключевые выводы
- Исследователи изучают похожее на алкотестер устройство для обнаружения COVID-19.
- Устройство обучено распознавать «сигнатуру COVID» на основе летучих органических соединений (ЛОС) в выдыхаемом воздухе.
- В будущем проверка дыхания может найти применение в скрининге на вирусы, возможно, в местах массового скопления людей.
Единственное, что так утомительно, как ожидание, чтобы узнать, дали ли вы положительный результат на коронавирус, процесс, который может занять несколько дней, может в первую очередь выдержать тест. Самый распространенный тест на COVID-19 заключается в том, что длинный мазок вводится в ноздрю для сбора выделений из задней части носа и горла - не совсем приятное ощущение. Но исследователи открывают новые возможности для более простых методов. Это может быть похоже на проверку дыхания на потребление выпивки.
«Это идея, что у вас COVID изо рта», - говорит Verywell Македа Робинсон, доктор медицинских наук, научный сотрудник Стэнфордского университета. «Ранее было показано, что вирусы и клетки, инфицированные вирусами, могут выделять эти летучие органические соединения или ЛОС в ваше дыхание».
Исследователи разработали и провели небольшое раннее исследование устройства, похожего на алкотестер, чтобы быстро обнаружить присутствие SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19. Результаты были недавно опубликованы вСАУ Нано, издание Американского химического общества.
Как это устроено
В устройстве есть датчик из наноматериалов, связанных с молекулами, чувствительными к летучим органическим соединениям. Когда летучие органические соединения из дыхания взаимодействуют с датчиком, электрическое сопротивление изменяется, создавая закономерность. Исследователи использовали машинное обучение, чтобы обучить датчик распознавать ключевые различия в выдыхаемом воздухе и определять возможную сигнатуру COVID-19 на основе сигналов электрического сопротивления.
Чтобы научить датчик распознавать возможную сигнатуру COVID-19, исследователи выделили три группы: 49 пациентов с подтвержденным COVID-19, 58 здоровых людей и 33 пациента с инфекцией легких, отличной от COVID. Каждый участник на несколько секунд врезался в прототип.Затем исследователям нужно было определить, точна ли потенциальная сигнатура COVID прототипа, поэтому они протестировали устройство на меньшем количестве участников из 140.
Это точно?
При дифференцировании случаев COVID-19 от контрольной группы здоровых людей точность устройства составила 76%. Датчик различал людей с COVID-19 и людей с диагнозом другого типа легочной инфекции с точностью 95%, а также между выздоровевшими и больными пациентами с COVID-19 с точностью 88%.
«Все это находится прямо на левой стороне кривой развития», - говорит Verywell Фарли Клегхорн, доктор медицины, магистр здравоохранения, эпидемиолог и глава отдела здравоохранения компании Palladium. «Это первый отчет. И хотя он показывает некоторые многообещающие данные, даже сами авторы говорят, что нам нужно более масштабное исследование ».
Тест был наименее точным при определении между заражением COVID-19 и здоровыми людьми. По словам Робинсона, в исследовании был зафиксирован ряд ложных срабатываний, которые могут привести к увеличению числа обращений за медицинской помощью и излишне перегрузить организм. Но ложные срабатывания могут вызывать меньшее беспокойство, чем отсутствие инфицированных людей.
«Если кто-то неосознанно заболел [COVID-19], и он садится в самолет или возвращается на работу, теперь вы подвергаете этому много людей», - говорит Робинсон.
Что это значит для вас
В будущем вы, возможно, сможете пройти тест на COVID-19, похожий на алкотестер. Но прямо сейчас только методы тестирования, на которые было выдано разрешение на экстренное использование (EAU) Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), могут дать результаты.
Тест может помочь в улучшении калибровки
Робинсон говорит, что ее особенно заинтриговал тот факт, что датчик смог в определенной степени различать пациентов, которые были больны COVID-19, и тех, кто выздоровел.
«Возможно, это может рассказать нам больше о том, как люди улучшаются или не улучшаются с течением времени», - говорит она. «Неизвестно, может ли он это сделать, но я думаю, что возможность есть».
Ограничение первоначального исследования заключается в том, что оно не учитывает многие факторы, такие как возраст, пол, этническая принадлежность, сопутствующие заболевания и даже место проведения теста. «Это такое небольшое исследование, которое было проведено в Ухане, Китай, то есть на более однородной популяции пациентов», - говорит Робинсон. «Мы не знаем, будет ли COVID-19 в этой области похожим на другие».
Македа Робинсон, доктор медицинских наук
Мы можем продолжать развиваться. Этот тест со временем может становиться лучше.
- Македа Робинсон, доктор медицинских наукНо датчик можно обучить учитывать эти факторы. «Я думаю, что это действительно обещание машинного обучения, - говорит Робинсон. - Мы можем продолжать развиваться. Этот тест действительно может со временем улучшаться».
Приветствуемая альтернатива мазкам
По-прежнему существует потребность в лучших методах тестирования на SARS-CoV-2, особенно в вариантах, которые менее инвазивны, чем ужасный назофарингеальный мазок.
«Это очень неприятно», - говорит Verywell Ребекка Вуртц, доктор медицины, магистр здравоохранения, доцент Школы общественного здравоохранения Университета Миннесоты. «Если он действительно получен правильно, вы должны протолкнуть тампон до упора в спину, а затем покрутить его пять раз».
Вуртц говорит, что не видела никаких исследований по этому поводу, но подозревает, что при сборе данных произошла ошибка пользователя, особенно на некоторых сайтах тестирования, где вы фактически сами вводите мазок. «Я думаю, что многие лаборанты, медсестры и другие люди, которые берут образцы даже в контролируемых условиях, боятся протолкнуть тампон до конца и вызвать такой дискомфорт», - говорит она.
Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) выдало разрешение на экстренное использование (EAU) 230 тестов на COVID-19, включая 186 молекулярных, 40 тестов на антитела и 4 теста на антигены. Тест на дыхание в разработке не попадает ни в одну из этих категорий.
«Это была своего рода вторая волна», - говорит Робинсон о тестировании инноваций. «Мы получили больше информации о том, что разные типы образцов могут иметь одинаковую точность. А теперь мы как бы задумались над вопросом: «Это лучший и единственный способ?»
Сбор образцов - это только половина дела. Хотя новые и инновационные лабораторные методы находятся в разработке, золотым стандартом для этой пандемии является тестирование полимеразной цепной реакции с обратной транскриптазой (RT-qPCR). Согласно FDA, ПЦР - это сложный и трудоемкий процесс с участием химикатов и оборудования в лаборатории. Перед началом тестирования образцы должны быть отправлены в соответствующую лабораторию, где они часто ждут в очереди.
Клегхорн говорит, что лаборатории просто поддерживаются. Он посетил бесплатный сайт тестирования COVID-19 около месяца назад, рассказывает он Verywell. Время обработки результатов на этом сайте составляло около 10 дней. В то время, по его словам, у людей может «не хватать времени для принятия всех правильных мер эпидемиологического контроля, которые требуются, когда кто-то либо инфицирован коронавирусом, либо был заражен».
Длительное время обработки результатов беспокоит экспертов, особенно в то время, как процент положительных результатов тестов все еще высок во многих местах в США и в связи с началом сезона простуды и гриппа. «Мы рекомендуем, чтобы процент положительных результатов по юрисдикциям составлял менее 5%», - объясняет Клегхорн, ссылаясь на контрольный показатель COVID-19, установленный Всемирной организацией здравоохранения в мае. «У нас около 30 штатов в США, которые не достигли этого уровня. . »
Эта статистика, добавляет Клегхорн, «вызвала гораздо больший интерес к другим тестам. И поэтому были предприняты огромные, очень плодотворные усилия по разработке тестов на антитела, тестов на антигены, тестов без ПЦР - всего, что облегчит часть нашего бремени ».
Примеры использования дыхательных тестов
Будем ли мы в ближайшем будущем проходить проверку на «дыхание COVID», когда живем в наши дни? «Сам тест очень похож на алкотестер для теста на алкоголь», - говорит Робинсон о прототипе, упомянутом в исследовании. «А алкоголь или этанол - это ЛОС».
Робинсон добавляет, что благодаря простоте использования дыхательный тест может быть полезным инструментом для проверки на входе. Прямо сейчас во многих местах, таких как школы, клиники и офисы, проверяют температуру и спрашивают людей о симптомах. «Я думаю, что есть настоящая ниша для такого диагностического теста, потому что он требует так мало дополнительного персонала, а время выполнения очень быстрое», - говорит она. «Мы убедились в том, что в школах вновь открываются школы, что там много неудачников».
Гипотетически алкотестер мог бы помочь школьным администраторам более точно и эффективно проверять учащихся. И такой тест можно было бы использовать и в кинотеатрах, и на спортивных мероприятиях. «Чувствительность и специфичность должны быть улучшены, - говорит Вюрц, - но чувствительность и специфичность тестов, которые у нас есть сейчас, не слишком хороши, а время и задержка значительны».
Прототип алкотестера использует наночастицы золота на датчике, и для Робинсона это вызывает несколько вопросов. «Насколько дороги эти тесты?» она сказала. «Как часто нужно менять эти датчики? Можем ли мы масштабировать такой тест до очень, очень высокого уровня? У меня вопрос, является ли это устойчивым решением ».
Вюрц соглашается, что пока рано говорить о том, будем ли мы принимать алкотестеры COVID-19, прежде чем пойдем в школу, на работу или на концерт. «Меня это не слишком волнует, - говорит она. «Но как область исследований, я думаю, что это многообещающая область».
