Решения для диагностики COVID-19. Антитела, антиген-тестирование, ПЦР

Максим Зеленский: Добрый день, друзья! Приветствуем вас на EverCare. Мы находимся в г. Дубае (ОАЭ) на выставке Arab Health-2021. Коронавирус очень сильно повлиял на нашу жизнь, и, как следствие, – на те решения и продукты, которые представлены на этой выставке медицинского оборудования. Мы увидели, что большое количество компаний добавили в свой арсенал системы для диагностики новой коронавирусной инфекции. 

Игорь Шадеркин: За нашими спинами открывается огромный павильон, полностью посвященный лабораторной диагностике. За нашей спиной хештег #myMedlab, и он, собственно говоря, открывает путь в огромный мир лабораторной диагностики, где большое место уделено диагностике COVID-19. Мы постарались классифицировать представленные решения и в целом разобраться, что сегодня есть на рынке и, в данном случае, представлено в павильоне по COVID-19.

Мы выделили три больших блока: первый – это идентификация антигенов, второй – идентификация антител, третий блок – ПЦР-диагностика.

1 метод – идентификация антигенов

Антигены – это молекулы, как правило, белки или липополисахариды, либо их сочетания, которые имеют определенную объемную 3D-структуру, у которой есть определенная тропность некоторых антител. Эти антигены могут находиться в самих вирусах, на их поверхности или в их составе и детектироваться специальными антителами. Сама реакция антиген-антитело может фиксироваться определенным способом: это либо иммуноферментный анализ, либо колориметрический анализ, т.е. изменения каких-либо показателей, с помощью которых мы видим, что произошла реакция антиген-антитело. С помощью специального зонда мы делаем забор с поверхности слизистой носа, из полости рта или глотки части клеток, в которых могут содержаться вирусы с этими антигенами. Далее в специальные тест-системы мы погружаем эту информацию и ожидаем контакта антигена, если он присутствует в биологическом материале, и соответствующего антитела в тест-системе. В силу того, что реакция антиген-антитело происходит практически мгновенно, особых условий для проведения исследования не требуется. Поэтому мы можем фиксировать её каким-то из описанных мною способов ранее. В данном случае реакция называется «быстрой тест-системой». Такой подход дает практически мгновенную диагностику и позволяет с помощью специальных тест-систем быстро зафиксировать наличие антигена.

Однако антигенов бывает в организме не так уж и много, особенно – на разных этапах развития инфекции. Плюс, сам по себе забор может захватить маленькое количество антигена. Для того же, чтобы визуализировать реакцию антиген-антитело, необходимо достаточно большое количество материала, чтобы увидеть изменения цвета или других параметров. Таким образом, можно утверждать, что чувствительность этого метода невысокая, и мы можем пропустить инфекцию COVID-19 из-за нехватки материала для фиксации реакции антиген-антитело.

Такие диагностические системы представляют собой либо планшеты с нанесенными ранее антителами, куда капается биологический материал, и далее происходит мгновенная реакция, либо – специальные тест-системы, которые вставляются в определенный приборчик, где фиксируются изменения цвета, позволяющие определить наличие или отсутствие инфекции. Как правило, это качественная оценка с очень низкой чувствительностью.

2 метод – идентификация антител

Второй тип диагностических систем, который мы видели на выставке Arab Health: диагностические системы, направленные на определение антител в организме, которые вырабатываются в ответ на внедрение в организм человека антигена или самого вируса. Это уже реакция организма на путешествие вируса по организму, и здесь имеется очень много нюансов. Дело в том, что мы не фиксируем напрямую сам антиген или вирус, а отслеживаем непосредственно реакцию организма. Мы знаем, что в нашем организме есть два вида иммунитета: клеточный и гуморальный. Под гуморальным и подразумевается наличие антител. Другими словами, наши клетки, как правило, B-лимфоциты, продуцируют антитела, и мы видим их как циркулирующие по крови. Клеточный же иммунитет, как правило, T-лимфоциты, это уже ответ непосредственно самих клеток, на поверхности которых возникают специфические рецепторы, тропные или чувствительные к конкретному вирусу. Зачастую организм отвечает и клеточным, и гуморальным иммунитетом, и при COVID-19 мы видим подъем числа антител.

Насколько устойчива эта реакция и как долго число антител сохраняется в организме после перенесенной инфекции – это открытый вопрос, вызывающий различные споры.  Кто-то считает, что детекция клеточного ответа является релевантной при определении напряженности иммунного статуса, другие же – что может быть и гуморальный ответ. Этот вопрос по-прежнему остается предметом научной дискуссии, но в целом решения, которые позволяют определить в крови человека антитела, на этой выставке есть.

Как правило, речь идет о заборе капиллярной или венозной крови, которую капают на специальную тест-систему, где далее происходит реакция антиген-антитело, которую мы фиксируем таким же способом, как при первом способе диагностики COVID-19.

Здесь очень важны два параметра при оценке антител: первый – это чувствительность, второй – сам факт информативности наличия или отсутствия антител. В целом, взаимосвязь между наличием или отсутствием инфекции, качеством иммунного ответа и многими другими параметрами – пока недостаточно изучена.

3 метод – ПЦР-диагностика

Третий и наиболее чувствительный и специфичный метод: ПЦР-диагностика. С помощью полимеразной цепной реакции мы можем амплифицировать количество ДНК или РНК, если речь именно о COVID-19, которая обнаруживается во время исследования слизистой носа или поверхности рта или глотки. С помощью ПЦР-диагностики мы можем многократно увеличить количество генетического материала возможной инфекции COVID-19 в биологическом материале. Таким образом, чувствительность метода гораздо выше, чем у предыдущих методов диагностики.

Технологии

Мы отметили три основные технологии, которые предлагаются на рынке и непосредственно представлены на этой выставке.

Стандартная ПЦР-диагностика

Первая – это обычная ПЦР-диагностика, при которой мы делаем амплификацию и можем в дальнейшем детектировать наличие ДНК-материала, разогнав его на агаре (специальном геле). Это достаточно длительный процесс, поэтому к этому методу отношение достаточно сдержанное. Время от процесса забора материала до получения результатов диагноза порой растягивается на весьма длительный промежуток времени.

Real-Time ПЦР-диагностика

Существует другой тип ПЦР-диагностики, а именно: Real-Time ПЦР-диагностика, которая позволяет без проведения электрофореза в агаре увидеть прирост амплифицированного генетического материала в онлайн-режиме. Соответственно, специальные приборы детектируют его увеличение в процессе амплификации, т.е. процессов, связанных с нагреванием в три разные фазы, и мы можем на приборе увидеть растущую кривую. Если она поднимается быстро, то, значит, там есть признаки наличия инфекции. Таким образом, Real-Time ПЦР-диагностика – хороший, чувствительный и быстрый метод диагностики.

Петлевая изотермическая амплификация

Совсем новый метод ПЦР-диагностики: петлевая изотермическая амплификаци. В данном случае нет необходимости несколько раз в течение циклов амплификации нагревать и охлаждать биологический материал с растущим числом ДНК вируса. Как правило, прибор нагревается до 60-65 градусов, и достаточно быстро происходит реакция. Это может удешевить диагностику, поэтому расценивается как перспективное направление в клинической практике.

ПЦР-диагностика на специальном чипе

Отдельно хочется отметить ПЦР-диагностику на специальном чипе. Мы видели достаточно инновационное решение, которое позволяет оптимизировать процесс пробоподготовки и сократить время диагностики инфекции COVID-19 до 62 минут. Мы видели решение, где пробоподготовка требуется иная, нежели в ПЦР-диагностике обычной и Real-Time. Этому у нас будет посвящено отдельное видео. 

Время

Отдельным пунктом в нашей образной классификации мы бы выделили характеристику «время». Как правило, оно у нас очень сильно ограничено, и мы хотим быстро получить результаты, чтобы принять какое-то правильное клиническое решение – изолировать пациента или отправить в зону, свободную от ковида (в обычную чистую палату).

Оценка антительной диагностики

Самыми быстрыми методами диагностики, но не очень чувствительными и не очень специфическими, является оценка антительной диагностики. Это очень быстрые тесты, при проведении которых мы получаем результаты в течение буквально нескольких минут.

Стандартная ПЦР-диагностика
Более точный метод ПЦР-диагностики требует уже больше времени, как правило – нескольких часов на сам процесс амплификации для увеличения количества генетического материала. Получается, от процесса забора до времени получения результатов могут проходить сутки и более.

Real-Time ПЦР-диагностика

Real-Time ПЦР-диагностика может значительно сократить это время, и мы видели решения, где приборы способные выдать результаты от 1,5 часов до 30 минут. 

Алгоритм диагностики инфекции COVID-19

Процесс диагностики инфекции COVID-19 состоит из нескольких важных больших блоков: из забора материала, из пробоподготовки, т.е. подготовки биологического материала в специальных растворах, из центрифугирования, встряхивания этого раствора, и до самого выполнения детекции тем или иным методом. 

Если процесс получения биологического материала очень быстрый, то процесс пробоподготовки – достаточно сложный и тяжелый. В связи с этим, многие разработчики предлагают решения, которые позволяют минимизировать процесс пробоподготовки, чтобы быстро перейти к процессу детекции. Я уже ранее говорил об этой технологии: это чип на полупроводниках, а также – так называемая лаборатория на чипе, которая может ускорить процесс пробоподготовки.

Таким образом, можно заключить что, инфекция COVID-19 сильно повлияла на разработку решений для диагностики, в том числе – ПЦР-диагностики. Приборы становятся меньше, точность исследований не теряется, а время от процесса забора материала до получения результатов сокращается.

Очень надеемся, что в ближайшее время, когда уйдет инфекция, ПЦР-диагностика будет доступна не только для COVID-19, но и для других маркеров, важных в нашей повседневной клинической практике.

Максим Зеленский: Дальше мы можем классифицировать все лабораторное оборудование на два типа.

Первый: тяжелые лабораторные тест-системы, которые предназначены для крупных лабораторий и большого потока людей, когда мы можем загружать в один анализатор десятки проб, при это всё автоматически фиксируется, QR-кодируется и раскладывается отдельно по каждому пациенту.

Следующее направление: компактное оборудование Point-of-Care, предназначенное для использования по месту оказания медицинской помощи. Это оборудование мы можем брать с собой, оно транспортабельно и позволяет проводить исследования практически в любом месте. Время пробоподготовки в таких системах также сводится к минимуму, и все прочие параметры, как правило, позволяют их использовать вне стен классической большой лаборатории.

Большинство таких систем имеют беспроводные технологии подключения к смартфону или к планшету. Допустим, тот же анализатор Bluetooth позволяет передавать все данные на планшет, который медицинская сестра или врач взяли с собой на выезд. Либо некоторые из приборов имеют кабельное подключение, и тогда нужно возить с собой персональный компьютер с предустановленной программой, чтобы данные сохранялись и, возможно, передавались в облако.

Отдельно стоит отметить такую непростую тему, как пробоподготовка в диагностике. Находясь на этой выставке, мы, как правило, обращали внимание на оборудование, которое выполняет, допустим, ПЦР-тесты, но не обращали внимания на колоссальный объем работы, который требуется перед тем, как в ПЦР-аппарат поместить готовые пробирки. С развитием технологий и с развитием устройств Point-of-Care, время пробоподготовки и строгость необходимых условий сокращаются. Такое упрощение пробоподготовки дает возможность использовать устройства Point-of-Care в оперативном режиме. Другими словами, мы можем уже без большой экспертизы и оперативно подготовить нужный материал и загрузить его в небольшое устройство для ПЦР-диагностики. Если это Real-Time ПЦР, то за час будет готов результат. 

В заключение, хочется отметить несколько основных пунктов:

• Стоимость проведения одного анализа на коронавирус снижается и, скорее всего, в ближайшем будущем станет совсем минимальной.
• Тест-системы, различные устройства для диагностики инфекции уменьшаются в размерах и уже не требуют работы в больших лабораториях. Они становятся компактны.
• Практически все системы диагностики коронавирусной инфекции сейчас имеют интерфейс передачи данных и уже заточены заранее на то, чтобы данные сохранялись в правильном формате и могли передаваться в «облако».
• Время проведения диагностической процедуры стремится к уменьшению и, скорее всего, даже стандартная диагностика методом ПЦР в скором времени будет занимать небольшое количество времени.

На этой позитивной ноте мы закончим. Спасибо большое за внимание и до новых встреч!