前言
新型冠狀病毒(2019-nCoV)疫情發(fā)生以來,受到了醫(yī)療行業(yè)的廣泛關注,各廠家都積極投入到了產(chǎn)品研發(fā)之中。
尚未能完整列示的產(chǎn)品信息,主要基于遵重企業(yè)保密性要求,或不排除純屬實驗室項目且無臨床注冊安排,以及對于所提供的技術參數(shù)資料存有疑問等原因。
從方法學原理來看,產(chǎn)品整體上可以將試劑盒分為免疫診斷與核酸檢測兩大類:
其中尤以熒光定量PCR的產(chǎn)品占據(jù)了絕對優(yōu)勢,主要因為相關研發(fā)技術體系不算最復雜,原料來源相對穩(wěn)定充裕,更容易快速研發(fā)成功。同時,可以看出一批分子技術類企業(yè)的快速發(fā)展與注冊體系的日趨完善。
接下來我們將分別了解一下相關方法學的優(yōu)劣勢,以便各檢測機構(gòu)能夠更好地選擇適用性強的新冠(2019-nCoV)檢測產(chǎn)品:
目錄
1. 免疫診斷
1.1. 酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)
1.2. 化學發(fā)光技術(CLIA)
1.3. 免疫膠體金標記技術(ICS)
2. 核酸診斷
2.1. 熒光定量PCR
2.2. 數(shù)字PCR
2.3. 高通量測序(NGS)
2.4. 恒溫擴增技術
3. 總結(jié)
附件一:20家新型冠狀病毒檢測試劑盒獲證企業(yè)名單
附件二:126家新型冠狀病毒核酸檢測試劑生產(chǎn)企業(yè)名單(持續(xù)更新)
附件三:21家新型冠狀病毒免疫檢測試劑生產(chǎn)企業(yè)名單(持續(xù)更新)
正文
1. 免疫診斷
免疫診斷是應用抗原-抗體特異性結(jié)合原理,使用特定標記物進行分析檢測的技術。由于窗口期(IgM,參考SARS約10天)的存在,該技術難以在感染初期檢出陽性結(jié)果。體內(nèi)干擾因素(異嗜性抗體、類風濕因子等)存在、患者免疫力低下、HOOK效應等也會導致假陰性結(jié)果出現(xiàn)。另外,免疫診斷技術敏感性較好但特異性相對較差,檢測中可能會現(xiàn)假陽性結(jié)果。雖然其敏感性和特異性相較核酸檢測處于劣勢,但由于該技術對實驗室設備和人員要求較低,適合基層開展規(guī)模檢測,故建議將免疫檢測技術應用于基層的大范圍初篩,之后再以核酸檢測進行確診。
1.1.?酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)
敏感性高,特異性較強,既可檢測抗體,又能測定可溶性抗原。無需特殊儀器,且操作簡便,檢測成本低,利于普及。但其大多為人工操作,檢測時間較長,通量受96孔板的限制,加上對照、空白及質(zhì)控的使用,實際患者樣本檢測數(shù)量少于96例。同時因其多為開放的操作環(huán)境,更容易造成污染,面對新冠病毒,這是非常需要重視的風險。目前了解情況來看,有4家品牌宣布成功研發(fā)出了該產(chǎn)品,出于經(jīng)濟性等因素的考慮,此技術很適合基層檢測機構(gòu)開展大規(guī)模篩查,期待有更多廠家能夠研發(fā)生產(chǎn)相關產(chǎn)品。
1.2.?化學發(fā)光技術(CLIA)
目前最先進的免疫檢測技術之一,具有靈敏度高、特異性強、方法穩(wěn)定快速、檢測范圍寬、操作簡單自動化程度高等優(yōu)點;但往往需要品牌限定的化學發(fā)光儀,試劑成本相對較高且無法開放通用,眾多小型實驗室難以承受其成本壓力。目前已有幾家代表性發(fā)光試劑廠家宣布研發(fā)出9款相關產(chǎn)品,配合對應的化學發(fā)光儀,檢測速度可達200test/h以上,甚至有報道理論速度達到300test/h,獲得審批應用于臨床后有望明顯提升檢測效率。
1.3.?免疫膠體金標記技術(ICS)
操作簡單、反應快速(通常數(shù)分鐘即可判讀結(jié)果)、敏感度高,但由于其靈敏度較差、無法定量檢測等弱點,限制了其應用范圍,更適用于床旁檢測及快速篩查目的。目前已經(jīng)有超15家品牌宣布成功研發(fā)出相關的產(chǎn)品,且均能在15分鐘內(nèi)檢出結(jié)果,如果能夠應用于臨床,對于新冠病毒輔助篩查將有重要作用。
2.?核酸檢測
主要指聚合酶鏈式反應,即通常所說的PCR檢測,優(yōu)勢在于其他方法學難以企及的極高靈敏度,同時特異性強、擴增環(huán)節(jié)自動化程度高,窗口期較短,一般3-5天(理論上核酸只要感染粘膜,就可以檢測到),相對封閉的操作環(huán)境可以降低樣本對環(huán)境的污染。
但其劣勢在于對實驗室硬件設備以及人員都有較高的特殊要求;整體檢測時間較長,一輪檢測常需要2-3小時以上;多數(shù)PCR儀通量受限于96孔,算上內(nèi)標的使用,實際患者樣本檢測量更少。同時,PCR最大的問題是極易污染,極其微量的污染即可引發(fā)假陽性的產(chǎn)生。
疫情爆發(fā)以來,有不完全統(tǒng)計資料提示“核酸檢測對于陽性病人,最高有30~50%的陽性率。也就是說,部分患者核酸檢測結(jié)果為陰性,但在臨床上被確認為疑似新冠肺炎,屬于假陰性。甚至有報道稱個別患者7次核酸檢測均為陰性,直到第8次才檢出陽性結(jié)果,因此部分臨床醫(yī)生和民眾開始質(zhì)疑這項檢測無法發(fā)揮作用。關于這個問題我們也分析了其原因:
1、2019-nCoV病毒特點:行業(yè)關于新冠病毒的認知還在逐步增長中,患者感染病毒后,體液中病毒的含量、分布與癥狀嚴重程度是否呈線性正相關尚不明確。如果有臨床癥狀,但病毒在肺部尚未快速復制釋放,此時采樣,就有可能因采集的病毒量不足無法確診。尤其在發(fā)病早期可能沒有咳嗽,上呼吸道、包括鼻咽部的病毒量很少,檢測結(jié)果很可能為陰性。但這樣患者通常傳染性也小,因為上呼吸道沒有檢測到,提示其傳染性不強。
2、檢測前階段影響:出于可操作性的限制,目前比較常見的采樣方法是使用鼻咽拭子、痰液或肺泡灌洗液采集,其中最常用的是鼻咽拭子。鼻咽拭子采集有先天的局限性,隨機性較強;其次試劑盒要求病毒滅活,而新冠作為RNA病毒,穩(wěn)定性較低。而采樣后的核酸提取效率一定程度上會受個體差異、采樣操作及實驗操作規(guī)范程度等影響。
在臨床檢測中,采樣→送檢→滅活→提取→檢測,其中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都有可能導致無法提取出足量、有效的病毒核酸,導致后續(xù)檢測出現(xiàn)假陰性結(jié)果。建議有條件的醫(yī)療機構(gòu),選擇以深部痰液樣本為佳,重癥氣管插管病人以肺泡灌洗液為準。
3、檢測結(jié)果解讀:有些試劑說明書上描述需2個靶點同時陽性才可報陽性,而新冠作為RNA病毒并不穩(wěn)定,易發(fā)生變異,將只有1個靶點陽性的結(jié)果報為陰性是否也是導致假陰性的原因之一,值得進一步研究。另外,部分結(jié)果正確判斷需要有經(jīng)驗的實驗人員對反應曲線進行調(diào)整。
4、檢測試劑盒的設計與驗證:1月26日,國家食藥監(jiān)局啟動應急審批程序,僅4天就批準了4個試劑盒產(chǎn)品,用于緊急應對此次疫情。據(jù)報道,目前國家食藥監(jiān)局已批準了9個新冠病毒試劑盒,同時有更多試劑盒正在跟進中。
通常,檢測試劑盒作為三類醫(yī)療器械,需要經(jīng)過廣泛的臨床試驗,在靈敏度、特異性等多項指標達到要求后,才可由國家食藥監(jiān)局批準上市進入臨床,通常需花費數(shù)月乃至數(shù)年時間。此次疫情暴發(fā)突然,廠家在試劑盒開發(fā)中拿不到也來不及用足夠的臨床樣本進行驗證,而臨床應用需求迫在眉睫,因此倉促上陣的核酸檢測試劑盒質(zhì)量可能參差不齊,穩(wěn)定可靠性尚存疑。
采樣器械、實驗耗材、檢測儀器不同、人員操作,都可能影響試劑盒的性能表現(xiàn),但隨著這些因素逐步磨合,陽性率也會提升改善。
綜合來看,雖然核酸試劑盒目前尚有不盡如人意的地方,但因其在感染診斷中病原體檢測的核心價值和方法學優(yōu)勢,以及多方進一步改進之下,可以預見核酸檢測一定始終是新型冠狀病毒(2019-nCoV)無創(chuàng)診斷的金標準,適合具有PCR資質(zhì)的專業(yè)實驗室進行確診試驗。
2.1.?熒光定量PCR
擴增檢測同時完成,自動化程度高,具有靈敏度高、特異性強、重復性好等優(yōu)點,但使用成本通常較高,適合具有一定規(guī)模擁有熒光定量PCR儀的實驗室。
目前提供了靈敏度參數(shù)的10個廠家中,達到100 copies/mL的有3家,達到500 copies/mL有4家,另外還有3家達到1000 copies/mL,更優(yōu)秀的靈敏度意味著能夠在更早期發(fā)現(xiàn)病毒攜帶者,同時靈敏度的差異也可能導致結(jié)果不同,因此當使用多種試劑檢測結(jié)果不一致時,需考慮靈敏度的因素。由于新型冠狀病毒(2019-nCoV)屬于RNA病毒,容易發(fā)生變異,如果只檢測單一核酸靶點,容易產(chǎn)生假陰性結(jié)果。
不過我們欣喜地發(fā)現(xiàn)大多數(shù)品牌都采用了多重PCR技術,在一次檢測過程中同時檢測多個核酸靶點,可有效提升陽性檢出率,盡可能避免漏檢的情況出現(xiàn),當然核酸靶點的增多也會提升檢測成本,因此檢測機構(gòu)宜根據(jù)實際需求選擇最適產(chǎn)品。
2.2. 數(shù)字PCR
能夠?qū)悠返暮怂岱肿舆M行絕對定量,具有比熒光定量PCR更高的靈敏度、特異性和精確性。但同時,它也存在著一些不足,例如樣品通量很低,基本每塊芯片上萬個反應單元都是針對單一樣本分析;多個芯片的同時檢測受限制,在常規(guī)基因表達分析中不具備優(yōu)勢;基于精密儀器和復雜芯片,成本昂貴。目前有8個品牌宣布研發(fā)了相關產(chǎn)品,且均采用了多重PCR技術,有效地保證了陽性檢出率。
2.3. 高通量測序(NGS)
具有檢測準確、覆蓋全面等優(yōu)勢,但是對人員專業(yè)要求高、檢測成本高是其劣勢,另外測序數(shù)據(jù)的儲存和分析,數(shù)據(jù)的安全和信息隱私等問題也限制了其在臨床上的應用,目前更多用于科研領域。有報道利用全基因組檢測分析平臺,可以一次對幾十萬到幾萬條病毒的核酸分子進行序列測定,加速檢測速度,防止病毒變異漏檢,大幅提高疑似病例的確診準確率。測序技術和AI智能是重要的嘗試,臨床應用的可行性令人非常期待。
2.4. 恒溫擴增技術
繼PCR技術后發(fā)展起來的一門新型的體外核酸擴增技術,具有恒溫、高效、不需要特殊儀器設備等優(yōu)點,但由于其對引物設計要求特別高,檢測成本高,且結(jié)果不太穩(wěn)定等原因,目前尚未廣泛應用于臨床檢測,暫不建議用于確診試驗。
但已有部分廠家和檢測機構(gòu)正積極推進該技術在臨床上的應用,期待其能夠進一步被臨床所普遍接受。目前已有10個試劑盒產(chǎn)品宣布研發(fā)成功,且多采用雙重PCR技術,能夠檢測2個核酸靶點。
為便于比較,現(xiàn)將上述內(nèi)容匯總為一份表格:
3. 總結(jié)
疫情發(fā)展至今,仍有不少疑似病例因為檢測效率不足等原因尚未確診,因此檢測時間也成為了檢測機構(gòu)最為關心的重要因素之一。根據(jù)廠家聲稱的檢測時間統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn),免疫診斷的方法以其較快的檢測速度確實更加適合基層大規(guī)模進行篩查,而相對時間較長的核酸檢測方法會更適合篩查后的確診目的。
最后,根據(jù)已收集到的信息發(fā)現(xiàn)廣東、江蘇、浙江和上海、北京產(chǎn)品相對集中,也與核酸檢測研發(fā)企業(yè)集中在這些省份有一定關系。考慮物流、技術支持等因素時,檢測機構(gòu)可適當參考。
本文的分析數(shù)據(jù)基于各家提供的技術參數(shù),因絕大部分產(chǎn)品尚未獲得注冊證無法獲取產(chǎn)品說明書,或未取得大量的臨床驗證數(shù)據(jù)。若存在信息填報不實或差異,請及時提供準確信息,小編將及時予以更新。
附件一:新型冠狀病毒檢測試劑盒獲證企業(yè)匯總
附二:126家新型冠狀病毒核酸檢測試劑生產(chǎn)企業(yè)名單(持續(xù)更新)
附三:21家新型冠狀病毒免疫檢測試劑生產(chǎn)企業(yè)名單(持續(xù)更新)