Thành Phố Wisconsin Tiến Hành Thử Nghiệm Với Bài Kiểm Tra Covid-19 Tự Chế Nhanh Hơn

Mỗi sáng lúc 7, Brian Wolf, thủ trưởng đội cứu hỏa của Racine, Wisconsin, đến làm việc tại một góc bỏ quên của một tòa nhà được gọi là City Hall Annex. Một công trình bằng gạch kiến trúc thời kỳ Đại suy thoái, tọa lạc trên một dải đất đầy cảnh đẹp và cửa hàng kính ô tô không quá sành điệu, không gian này trước đây đã chứa những phòng thực hành của một trường cao đẳng nghề. Sau đó, nó trở thành nơi ở của câu lạc bộ quyền Anh của thành phố - một biển hiệu vẫn treo trong phòng chứa chiếc võ đài cũ. Gần đây hơn, không gian được sử dụng để lưu trữ. “Nó chỉ là một kho,” Wolf nói. Nhưng vài tuần trở lại đây, mục đích phụ của Annex trở thành một tài sản. Những vật dụng cũ được dọn ra, tường và sàn nhà được lau chùi sạch sẽ, và các phòng được trang bị đầy đủ công cụ thí nghiệm và hộp ống nghiệm và ống nghiệm. Kết quả là có lẽ là phòng thí nghiệm kiểm tra Covid-19 không đáng chú ý nhất thế giới, nơi Wolf hiện đang chỉ huy đội cứu hỏa của mình như là người chủ trì pipetter.

Ở đầu ca làm việc, lính cứu hỏa mặc áo choàng, kính bảo hộ và khẩu trang y tế. Sau đó, họ đợi đợt công nhân thành phố - những người cấp phép, cảnh sát, nhân viên cứu hộ - đến trước khi đi làm. Dưới sự giám sát cẩn thận, mỗi khách thăm bắn vào một ống nghiệm. Và trong suốt phần còn lại của ngày, lính cứu hỏa thực hiện các bài kiểm tra, làm nóng mẫu và pipetting chất lỏng từ ống nghiệm này sang ống nghiệm khác. “Chúng tôi làm điều đó chậm,” Wolf nói. “Nhưng giống như bất kỳ tình huống khẩn cấp nào chúng tôi đối mặt, chúng tôi phải làm việc cùng nhau. Không cãi nhau. Không lỗi. Chúng tôi làm được.” Nếu mọi thứ diễn ra suôn sẻ, họ sẽ có kết quả trước bữa trưa. Họ đợi một sự thay đổi màu sắc đơn giản trong ống nghiệm kiểm tra: Hồng là an toàn; không có virus phát hiện. Màu vàng là dấu hiệu của virus SARS-CoV-2.

Công nghệ được sử dụng trong các bài kiểm tra này được gọi là LAMP, hoặc loop-mediated isothermal amplification. Nó tương tự như PCR - hoặc phản ứng chuỗi polymerase - cách thông thường để chẩn đoán Covid-19, trong đó tìm kiếm dấu vết gen của virus. Nhưng đây là một quy trình đơn giản hóa, yêu cầu ít thành phần hóa học hơn, ống nghiệm kiểm tra và thiết bị. Thông thường, phương pháp này được sử dụng để kiểm tra các bệnh như Zika và sốt xuất huyết ở những nơi không có quyền truy cập phòng thí nghiệm - hoặc bởi những người nông dân muốn tìm hiểu về loại vi sinh vật gây bệnh cho đậu nành của họ. Nhưng ở Racine, đó là một phần của một thí nghiệm: để xem liệu một bài kiểm tra rẻ hơn, đơn giản hóa hơn, nếu thường xuyên thực hiện có thể kiểm soát được các đợt bùng phát. Thay vì gửi mẫu đến bệnh viện hoặc phòng thí nghiệm và có thể phải đợi ngày để có kết quả, bạn có thể kiểm tra Covid-19 từ phía sau một chiếc xe van, hoặc bên ngoài một trường học, hoặc trong một phòng tập boxing cũ do thành phố sở hữu không?

Các bài kiểm tra đã đến bờ hồ Michigan thông qua Chris Mason, một giáo sư tại Trường Y Cornell-Weill, người con của Racine và em trai của thị trưởng thành phố. Đầu mùa xuân năm nay, Mason đã công bố một bản thảo của công việc của mình về LAMP, sau đó đăng trên Facebook và Twitter. Điều này đã thu hút sự chú ý của anh trai. Quê hương của họ, giống như mọi nơi khác, thiếu bài kiểm tra đủ cho loại virus mới, và vào tháng 4, anh em Mason đã gọi điện thoại, hỏi về nghiên cứu của anh. Thị trưởng nói với anh rằng số ca nhiễm đang tăng, và hỏi liệu kiểm tra có thể được sử dụng hay không.

Ý tưởng đằng sau việc kiểm tra LAMP, theo Mason, là để mỗi thị trấn hoặc thành phố có khả năng tự kiểm tra gần nhà hơn. Ông nói rằng mặc dù ít nơi có phòng thí nghiệm đã được chứng nhận lâm sàng của riêng mình, “mọi người đều có một đội cứu hỏa,” ông nói. Bởi vì mọi người có thể nhiễm Covid-19 mà không có triệu chứng, rào cản lớn nhất để trở lại một cái gì đó giống như cuộc sống bình thường—trở lại trường, làm việc—là cần phải kiểm tra nhiều người, thường xuyên, dù họ có biểu hiện của Covid-19 hay không. Ước lượng từ Paul Romer, một nhà kinh tế đoạt giải Nobel tại Đại học New York, đặt yêu cầu để làm điều này một cách an toàn là hơn 35 triệu kiểm tra mỗi ngày.

Kiểm tra thường xuyên sẽ cho phép sử dụng các bài kiểm tra có độ chính xác thấp hơn—và có thể là rẻ hơn—vì những nhiễm sẽ có thể bị bắt sau các vòng kiểm tra sau. Chìa khóa là trả kết quả trong vài giờ hoặc thậm chí là vài phút, theo Jeremy Kamil, một chuyên gia vi khuẩn học tại Đại học Louisiana State. Điều này hữu ích để dập tắt các đợt bùng phát trước khi chúng lan rộng, và cũng quan trọng để tránh quá nhiều sự gián đoạn. “Bài kiểm tra cứu rỗi sẽ là điều gì đó vừa kinh tế vừa đáng tin cậy trong một giờ trực tiếp từ nước bọt,” ông nói. Bạn có thể chặn người nhiễm bệnh trước khi họ dành nhiều giờ cùng nhau ở công việc hoặc đổ đầy phòng tập gym để xem trận bóng rổ trung học. Nếu họ kiểm tra dương tính, họ sẽ được yêu cầu tự cách ly. Còn lại có thể tiếp tục ngày của họ.

Đối với Mason, LAMP có vẻ đáp ứng đầy đủ những yêu cầu đó. Ông đã thử nghiệm công nghệ này như là một phần của nghiên cứu về giám sát virus, bao gồm việc lau sạch vi sinh vật khỏi cổng thanh toán tàu điện ngầm và tường nhà tắm bệnh viện để nghiên cứu xem loại nào đang âm thầm tồn tại trong các không gian công cộng. Vì vậy, anh em Mason đã lên một kế hoạch: Công nhân thành phố sẽ được kiểm tra với LAMP, dù họ có triệu chứng hay không, và dữ liệu sẽ cung cấp gợi ý liệu kiểm tra có đủ chính xác để sử dụng ở những nơi khác hay không. Alison Kriegel, một sinh lý học tại Trường Y Y khoa Wisconsin gần đó và một chuyên gia RNA đã biết Mason từ thời tiểu học, sẽ giám sát hoạt động tại Racine, đào tạo đội cứu hỏa cách lấy mẫu một cách an toàn và chạy các bài kiểm tra. Hầu hết, nó sẽ liên quan đến nhiều việc pipetting.

Dù có chuyện gì xảy ra, họ nghĩ rằng điều này sẽ tốt hơn là không có bài kiểm tra nào cả. “Thực sự là rất đáng sợ,” Kriegel nói về những ngày mùa xuân đó. “Bài kiểm tra thiếu cung cấp, và không ai biết đang xảy ra chuyện gì. Nếu chúng ta không có bài kiểm tra, phải làm sao? Làm thế nào chúng ta tự làm được?”

Được phát triển lần đầu vào những năm 1990 bởi các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản, LAMP là một người em họ nhỏ tuổi hơn của PCR. Ở mức độ cao, nó hoạt động tương tự. Như với PCR, bài kiểm tra sử dụng một loạt các phản ứng hóa học để tăng cường vật liệu gen trong một mẫu, làm cho nó dễ dàng tìm kiếm sự tương đồng với một chuỗi RNA virut cụ thể. Nhưng với PCR, những phản ứng đó xảy ra ở nhiều nhiệt độ khác nhau - vì vậy cần thiết phải có máy móc tự động. Trong các bài kiểm tra dựa trên LAMP, các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ không đổi. Điều đó có nghĩa là một bồn nước ấm phù hợp để làm nóng mẫu lên 65 độ C, cùng một số ống nghiệm, đầu pipette và một số hóa chất sẽ làm được. (Về nguyên tắc, Mason nói, bạn có thể làm điều đó trên bàn bếp của bạn, bằng cách sử dụng lò vi sóng.)

Một lợi ích bổ sung là những hóa chất đó khác biệt so với các nguồn cung hiện tại được sử dụng cho bài kiểm tra PCR. Chúng cũng, ít nhất là hiện tại, rẻ - một bản đăng trước đây từ các nhà nghiên cứu tại Trường Y Khoa Harvard gợi ý rằng một mẫu có thể được xử lý với giá chỉ 7 xu, không tính chi phí quản lý và đánh giá nếu bài kiểm tra trở thành thương mại. (Để so sánh, một bài kiểm tra PCR tại một phòng thí nghiệm có khả năng chịu tải cao có giá khoảng 40 đô la, mặc dù 100 đô la là một hóa đơn bảo hiểm điển hình hơn.)

Tháng 2, đội ngũ của Mason ở New York đã liên lạc với một đối tác tại New England Biolabs, một công ty sản xuất chất tái tạo LAMP. Công ty đã gửi cho họ một bản sao của dữ liệu và phương pháp được phát triển bởi một nhóm ở Vũ Hán đã bắt đầu thử nghiệm với việc sàng lọc SARS-CoV-2 ở đó. Đội ngũ của Mason nhanh chóng thiết lập quy trình cho chính họ, kiểm tra phương pháp trên một tập hợp tám mẫu dương tính đã biết trước. “Nó gần như là khoảnh khắc eureka,” ông nói. “Nó hoạt động trong 20 phút. Màu vàng sáng.”

Họ và các nhóm nghiên cứu khác ngay lập tức bắt tay vào cải tiến phương pháp, với mục tiêu làm giảm sử dụng thiết bị phức tạp trong phòng thí nghiệm. Đưa bài kiểm tra chẩn đoán ra khỏi phòng thí nghiệm lâm sàng không phải là một công việc dễ dàng. “LAMP là một công thức đơn giản,” Melis Anahtar, một nhà vi khuẩn học tại Đại học Harvard, người đã giúp phát triển cả bài kiểm tra dựa trên PCR và LAMP cho Covid-19, nói. “Nhưng nó thực sự phải rất dễ dàng và đảm bảo.” Trong một phòng thí nghiệm lâm sàng thông thường, mọi chi tiết được điều chỉnh một cách chính xác: từ nhiệt độ môi trường của phòng đến hiệu chuẩn và làm sạch của từng công cụ. Một cái pipette bị nhiễm bẩn, một bồn nước nóng lệch vài độ, hoặc thậm chí chỉ là ghi chép kém có thể dễ dàng làm sai kết quả. Ngoài ra, luôn có nguy cơ rằng một nhân viên được đào tạo kém có thể làm lẫn lộn ống nghiệm hoặc tiếp xúc với mẫu nhiễm bệnh.

Trong những tháng gần đây, nghiên cứu từ hàng chục trường đại học và công ty đã hợp tác để thảo luận về những thách thức đó trong một nhóm không chính thức Mason gọi là “gLAMP,” hoặc Tổ chức Làm việc LAMP Toàn cầu. Ông gọi đó là một “khoảng không cạnh tranh trước,” nơi mọi người có thể mở cửa thông tin và phương pháp một cách công khai. Một số người đang cố gắng phát triển thủ tục có thể sử dụng trong phòng thí nghiệm di động hoặc tạm thời, giống như ở Racine; những người khác để xem làm thế nào LAMP có thể hoạt động trong các phòng thí nghiệm trung tâm. “Chúng tôi đang cố gắng ra nhiều tàu công nghệ sinh học nhất có thể và xem cái nào đến bờ xa,” Mason nói.

Trong một cuộc gọi Zoom hàng tuần gần đây, các nhà nghiên cứu LAMP đã thảo luận về một trong những quả bóng cong chính: Làm thế nào để làm việc với nước bọt. Quan sát người khi họ nhổ vào ống là ít nguy hiểm hơn đối với các nhân viên y tế, không cần phải tiếp cận gần với que nặng nhẹ vào mũi. Điều này cũng quan trọng để tránh những gì Dave O’Connor, một nhà virus học tại Đại học Wisconsin-Madison, gọi là “mệt mỏi phòng ngừa.” Ví dụ, nếu giáo viên ở một trường, nếu không có vấn đề gì khác, cảm thấy lo lắng về que nặng hàng tuần hai lần của họ, bài kiểm tra giám sát sẽ nhanh chóng trở nên không đáng tin cậy. “Họ sẽ nói, ‘Tôi cảm thấy khỏe mạnh’ và tìm cách tránh nó,” O’Connor nói. “Chúng ta là một quốc gia của những người yếu đuối, tôi cũng bao gồm.”

Đối với các bài kiểm tra LAMP, nước bọt đặt ra những khó khăn kỹ thuật cụ thể. Sức hấp dẫn của các bài kiểm tra “màu sắc” là sự đơn giản của chúng: Hiểu biến đổi từ màu hồng sang màu vàng thì đơn giản đến mức “một con khỉ hoặc một con rùa có thể phân tích,” Mason nói. Nhưng có thể có những phức tạp. “Có thể bạn có mẫu bẩn,” Anahtar nói. “Bạn có thể nói, ‘Trước bài kiểm tra đừng ăn gì cả,’ nhưng sau đó một số người có thể đưa một số bông cải vào nước bọt.” Chất phụ gia thêm vào có thể thay đổi độ axit của mẫu, làm sai màu cuối cùng. Đôi khi nó có thể trở thành màu cam một chút. Một giải pháp là thêm một chất liệu phát quang vào mẫu—bước này đã được thêm vào quy trình ở Racine—loại bỏ nhu cầu phải nhìn mắt để nhận biết sự thay đổi màu sắc. Chi phí là một chiếc máy thêm để phân tích tỏa sáng.

Mối quan tâm khác là cải thiện độ chính xác. Bài kiểm tra PCR liên quan đến một bước gọi là chiết RNA, liên quan đến các chất hóa học giúp đảm bảo vật liệu virut chính xác được tăng cường và cuối cùng được phát hiện. Bài kiểm tra LAMP không có bước đó, dẫn đến một bài kiểm tra ít nhạy cảm hơn có thể bỏ sót một số nhiễm trùng. Ngay cả trong cài đặt phòng thí nghiệm được bảo vệ, một số nghiên cứu đã đưa ra con số khoảng 10 phần trăm.

Nhưng O’Connor lưu ý rằng độ chính xác nên được xem xét trong bối cảnh làm thế nào bài kiểm tra sẽ được sử dụng. Lượng virut thấp ở hai điểm trong suốt một nhiễm trùng: ngay sau khi tiếp xúc và sau đó, trong thời kỳ bệnh, khi virut giảm đi. Nếu kiểm tra được thực hiện đều đặn, những người thuộc nhóm mới tiếp xúc sẽ bị bắt bởi các bài kiểm tra sau này. Những người thuộc nhóm gần như hồi phục nh tend to be the least infectious and thus at lowest risk of sparking new outbreaks.

Kế hoạch là mang thêm dữ liệu thực tế vào những giả định đó. Tuần trước, O’Connor, người đang làm việc độc lập với đội Racine, bắt đầu lái chiếc xe van trắng Dodge xung quanh Madison với thiết bị cho hệ thống kiểm tra LAMP của mình, thực hiện các bài kiểm tra cho nhân viên tại Trung tâm Nghiên cứu Khỉ Quốc gia Wisconsin trên mái nhà của tòa nhà. “Tôi không ngờ sẽ phải pipetting dưới ánh mặt trời chói chang tháng 7,” O’Connor nói, người chuyên về vắc xin chứ không phải là chẩn đoán. “Chúng tôi bắt đầu làm điều này khi nhận ra rằng các phòng thí nghiệm sẽ không thực hiện nó. Tôi coi đó là dấu hiệu của sự thất bại tuyệt đối khi phòng thí nghiệm của tôi đang làm điều này thay vì làm công việc mô hình động vật chúng tôi chuyên sâu.”

Nhưng cho đến nay, ông đã hài lòng với tiến triển. Vào thứ Tư, đội của ông mang theo thiết bị đến trường con trai 11 tuổi, nơi một nhóm gồm 28 giáo viên và nhân viên tự nguyện đến thử nghiệm các bài kiểm tra - một thử nghiệm cho thấy một sự mở cửa trường học có thể trông như thế nào. O’Connor lưu ý, bài kiểm tra giám sát sẽ chỉ có hiệu quả nếu virut được kiểm soát chủ yếu trước. Nó được thiết kế để bắt những người không có triệu chứng trước khi họ gây ra các đợt bùng phát mới, không phải ngăn chặn những đợt bùng phát đang diễn ra.

Hiện nay, Wisconsin đang ở trong một khu vực mơ hồ. Một tháng trước, có vẻ như các trường học sẽ mở cửa lại vào mùa thu, nhưng với số ca nhiễm tăng lại, tương lai trở nên không chắc chắn. “Điều lý tưởng là có trẻ em ở đây một cách an toàn. Nhưng một số điều đó nằm ngoài tầm kiểm soát của tôi, vì nó là một chức năng của cộng đồng,” nói Andy Wright, hiệu trưởng của Trường Eagle, nơi con trai của O’Connor là học sinh. “Liệu tôi có thể đẩy mạnh hơn so với những nơi khác nếu chúng tôi có kiểm tra như thế này không? Tôi nghĩ tôi có thể, và tôi nghĩ phụ huynh và giáo viên sẽ cảm thấy an toàn hơn nhiều.” Lý tưởng nhất, O’Connor cũng sẽ kiểm tra các em nhỏ, nếu họ có được sự chấp thuận từ cả hai bậc phụ huynh và hội đồng nghiên cứu của Đại học Wisconsin. (Anh ấy lưu ý, trẻ em mang lại những thách thức riêng của họ đối với việc lấy mẫu dựa trên nước bọt.)

Cuối cùng, rào cản chính đối với kiểm tra giám sát có thể không phải là về mặt công nghệ hoặc về vấn đề cung ứng. (Thách thức lớn nhất mà O’Connor gặp khi có được vật liệu, anh ấy nói, là có được Lysol để lau sạch bề ngoài các lọ nước bọt.) Đó là vấn đề quy định và hậu cần. Ưu điểm chính của LAMP - rằng công thức là linh hoạt và dễ dàng thích ứng với các cài đặt khác nhau - đặt nó ở một vị thế tiềm năng bất lợi với các cơ quan quy định. Trong khi Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm đã chấp thuận một số bài kiểm tra gọi là điểm chăm sóc cho Covid-19, chúng thường được đóng gói kỹ thuật: Chúng chạy trên máy đóng gói riêng, thường chỉ có ở bệnh viện, và phụ thuộc vào các hộp một lần sử dụng có giá lên đến 40 đô la. Cho đến nay, FDA đã ủy quyền các bài kiểm tra dựa trên LAMP cũng như các bài kiểm tra dựa trên Crispr, lớp công nghệ chỉnh sửa gene lên trên các thủ tục LAMP để cải thiện độ đặc hiệu của bài kiểm tra, nhưng chỉ trong ngữ cảnh của các phòng thí nghiệm được chứng nhận.

“Trong thực tế, việc tuân thủ các tiêu chuẩn quy định hiện tại sẽ rất, rất khó khăn,” O'Connor nói. Một chiến lược sẽ liên quan đến việc tìm kiếm chứng nhận lâm sàng cho một phòng thí nghiệm di động có thể cung cấp chẩn đoán bằng cách sử dụng một bộ công cụ và quy trình chuẩn hóa. Một chiến lược khác sẽ liên quan đến việc kiểm tra mà không liên quan đến chẩn đoán nhưng thay vào đó được sử dụng như một bước sàng để ai nên được thực hiện bài kiểm tra PCR để có từ cuối cùng. Nhưng cả hai trường hợp đều không có một khuôn khổ quy định rõ ràng để theo dõi. “Chúng ta cần điều này làm phần của một phản ứng tổ chức hợp nhất,” anh ấy nói. “Tôi không tin rằng chúng ta thiếu khả năng hậu cần để phát triển một kế hoạch cho một bài kiểm tra nơi bạn nhổ nước bọt vào ống và bạn nung nó lên và đợi một giờ. Tôi có thể đào tạo con trai 11 tuổi của tôi để làm điều này trong một ngày.”

Hiện tại, các thử nghiệm ở Madison và Racine được thực hiện như là nghiên cứu; các nhóm sẽ tạo dữ liệu để xác nhận tính chính xác của các bài kiểm tra, không cung cấp chẩn đoán. Nhưng trong thực tế, chúng sẽ cung cấp một hình thức sàng lọc. Ở Racine, nếu một mẫu chuyển sang màu vàng - dương tính - Kriegel gọi điện thoại cho người đó ở nơi làm việc và nói với họ rằng họ có một kết quả “có ý nghĩa lâm sàng tiềm ẩn.” Cô yêu cầu họ quay lại Annex càng sớm càng tốt để lấy mẫu bằng đinh họng, mà các lính cứu hỏa thực hiện và sau đó chuyển đến một phòng thí nghiệm ở Chicago để phân tích bằng PCR, để xác nhận kết quả. Một số người nhận tin tức một cách bình tĩnh. Một người làm việc đến với những giọt nước mắt lo âu. “Đó là cả thách thức,” Kriegel nói. “Làm thế nào bạn thực hiện kiểm tra loại này mà không khiến mọi người liên tục sợ hãi?”

Nhưng Wolf, thủ trưởng cảnh sát, nói rằng ông thấy có dấu hiệu cho thấy thành phố đang trở nên thoải mái hơn. Tin đang lan truyền, và nhiều tình nguyện viên hơn trong số nhân viên của thành phố đang xuất hiện để được kiểm tra; Hy vọng của Mason là sớm mở các bài kiểm tra cho 77.000 cư dân của Racine, nếu họ có thể sắp xếp được logis và tài trợ. Trong thời gian này, Wolf và đội ngũ của ông đang cố gắng trở nên tốt hơn trong việc pipetting của họ - và làm dịu đi nỗi sợ hãi của công chúng. “Tôi chỉ cố gắng an ủi họ: Đeo khẩu trang, cách ly càng tốt,” ông nói. “Nếu họ thận trọng xung quanh người khác, mọi người sẽ ổn.”

Cập nhật vào thứ Sáu, ngày 24 tháng 7 lúc 1 giờ chiều theo giờ đông, để sửa nhiệt độ mà các phản ứng LAMP xảy ra. Đó là 65 độ C, không phải 95.

Thêm từ Mytour về Covid-19

• “Bạn không cô đơn”: Cách một y tá đối mặt với đại dịch
• Tôi đăng ký học viện truy vết tiếp xúc với coronavirus
• Một cuộc sống con người giá trị bao nhiêu thực sự?
• Bệnh lạ ảnh hưởng đến trẻ em mắc Covid-19 là gì?
• Câu hỏi thường gặp và hướng dẫn của bạn về mọi điều về Covid-19
• Đọc tất cả bài viết về coronavirus của chúng tôi tại đây