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自从新冠病毒于3月中旬袭击纽约州布法罗市以来,约翰·托马谢夫斯基(John Tomaszewski)博士每天工作16小时。虽然距离纽约的新冠流行中心有6小时车程,但布法罗及其周围县镇,都出现了病例的暴发式增长。
作为“卡莱达健康”实验室的负责人,托马谢夫斯基一直在做新冠病毒诊断测试。尽管如此,他的工作尚不能满足布法罗-尼亚加拉瀑布大都市区110万人口的需要。实验室每天的测试量增加到了300次,但理想的测试量是每天至少1000次。
美国现在每周可以进行数十万次的新冠病毒测试,但依然严重不足。在没有疫苗和有效治疗方案的情况下,与新冠病毒的斗争可能会持续数月,甚至延续到2022年。
又要快,范圍又要广
科学家们正在竞相发明新的测试方法,这些测试可以更加快捷,所使用到的设备也更少。根据美国食品药品监管局(FDA)专员斯蒂芬·哈恩博士的说法,300多名测试开发人员正计划向FDA提交申请,以获得“紧急使用”授权。
其中一些测试可以像怀孕测试一样简单,每次测试成本不到1美元。这些升级的产品,可以将新冠病毒检测运用到更多的急诊室、紧急护理诊所、医生办公室、药店,甚至数百万人的家中,无须等待几天或几周,几分钟内就能获得结果。
如果FDA为新检测方案开绿灯,那么,在几个星期或几个月之后,它们就能投入使用。即便如此,由于社会执行网络上存在的不足,政府和制造商也需要考虑,如何提供足够量的检测产品。在美国,检测短缺、检测错误以及检测过程繁琐等问题,使得人们无法了解新冠病毒在当下的流行情况。
美国的新冠病毒检测问题始于2月初。在此之前,美国疾控中心(CDC)推出了检测工具包,从2月5日开始向地方和州公立实验室发送这些工具包。但是,当它们到达实验室的时候,其中许多出了错,没法用,公立实验室不得不再等几个星期以获得新的工具包。
与此同时,诊断公司、私立医院和学术医疗中心自己的测试方案也被搁置,因为它们需要得到FDA的许可;直到FDA在2月底最终批准各公司和实验室可以进行新冠病毒诊断项目的开发,这一危机才得到缓解。
“护理点”机器诊断
美国目前采用的检测办法,是用一个长棉签刮下鼻腔深处的细胞,然后将样本送到检测实验室。实验室使用一种被称为聚合酶链反应(PCR)的技术,将病毒的遗传物质放大到可检测水平。PCR是诊断传染病的黄金标准,但是速度较慢:一次PCR测试,整个过程大约需要6~8小时。
拥有高科技设备的大型实验室,可以同时自动运行多个测试,但小实验室必须依赖手动操作。一些大型医院才配备诊断实验室,通常情况下,测试需要被送到外部实验室进行。随着病例的激增,各地实验室都面临测试任务的积压。
密歇根州立大学急诊医学助理教授布雷特·埃切巴恩(Brett Etchebarne)说:“一夜之间,大量的人都需要在同一时间做检测。”他正在开发的新冠病毒诊断方法,使用口腔拭子,并在5~7分钟内提供测试结果。
快速检测技术已经投入使用了一段时间,但并不是每个医院或实验室都有专门的机器来做。埃切巴恩的测试方案,可以在大多数医院已有的设备上进行。埃切巴恩说,同样的快速测试技术还可以用于排除其他呼吸道感染,如流感,并且帮助判断患者是否需要使用抗冠状病毒药物,以及何时使用。
这些测试被称为“护理点”(point-of-care)诊断,因为测试过程是在病人端进行的,比如在医院、紧急护理中心和急诊室,而不是被送到外部实验室。它的一大优势是操作简单便捷,不需要特别培训。
“护理点”(point-of-care)诊断,操作简单便捷,不需要特别培训。
当FDA在2月底批准实验室开发快速检测技术,已有两家公司“胸有成竹”。一项测试技术来自硅谷的诊断公司赛菲(Cepheid),它能在45分钟内提供测试结果,取样方法是使用鼻拭子或洗鼻剂,后者可以解决棉签短缺的问题。另一项技术来自芝加哥雅培(Abbott)实验室,该测试使用鼻拭子,可以在5分钟内得到阳性结果,在13分钟内得到阴性结果。雅培测试所使用的机器,只有烤面包机大小,但它一次只能运行一项测试。
赛菲和雅培的测试方案,在3月底就获得了FDA批准,因为在此之前,它们就已经在美国各大医院和医疗机构拥有数千台机器,并进行了“护理点”式的快速流感测试。不过,即便有FDA的认可和特朗普政府的推进,雅培测试产品的实际应用过程也不够快,政府并没有订购足够量的雅培测试盒发给州立公共卫生实验室。
与此同时,像埃切巴恩做的口腔拭子测试方案,还需要进一步的检测以确保准确和可靠;然后,还要经过FDA的评估才能投入使用。即使有FDA的授权,学院科学家开发的测试产品,通常需要外部投资才能实现商业化,用于更广泛的人群。
试纸测试基因,居家检测抗体
为了更快、更便捷地测试病毒,一些科学家转向基因编辑技术(CRISPR)。
两家位于美国西海岸的公司—旧金山的猛犸生物科学公司和马萨诸塞州剑桥的夏洛克生物科学公司,尝试将CRISPR在发现和切割特定遗传物质序列方面的能力,运用到快速试纸测试中。 这两家公司开发的测试方案,都使用一种蛋白质来寻找病人样本中的新冠病毒基因物质。如果有匹配物质,蛋白质会结合到遗传序列中,并发出信号,试纸就会变色。猛犸生物科学研究负责人詹姆斯·布劳顿表示,整个过程大约需要30~45分钟,测试材料成本不到1美元。
快速试纸测试,可以用来预筛选患者,以避免病毒的进一步传播。那些不是因为感染新冠病毒而来医院就诊的病人,比如其他科的手术病人,可以先在门口进行筛查,以确保医疗工作人员的安全。
夏洛克生物科学公司的首席执行官兼联合创始人丹达指出,筛选无症状人员来找到病毒携带者是至关重要的。“这将为我们提供更多关于这种疾病如何传播的信息。如果没有对更大基数的人口进行检测,我们就永远无法控制任何流行疾病。”
有些公司致力于让测试变得更便捷,人们在自己家里就可以完成整个测试过程。
斯坎威尔健康公司(Scanwell Health)正在研发新冠病毒居家测试方案,在此之前,他们已经推出居家尿路感染测试。
使用者可以通过邮件包裹,得到一个测试工具包,然后,只需要刺破手指,滴一滴血涂在测试条上,再加几滴溶液,测试条会像验孕棒那样显现出线条。使用者只需用手机拍下测试结果,通过一个应用程序提交,医生就会为他解答测试结果。
斯坎威尔的新冠疾病测试,是检测使用者是否拥有新冠病毒特异性抗体。抗体是免疫系统对入侵病原体作出反应的蛋白质。新冠病毒抗体阳性,意味着你曾经暴露在病毒中。
但是,抗体测试不适用于诊断当下的感染,因为身体在几天后才开始产生抗体。相反,它更适合于告知使用者,是否在自己不知情的情况下曾经感染过病毒。
对居家测试的疑虑
居家测试的推进也阻碍重重。当FDA在2月底允许某些实验室开发自己的新冠病毒测试方案时,一些公司竞相生产居家采集工具包。但在几家公司开始推广和销售这些工具包后,FDA发布了一份声明,称“没有授权”任何居家测试新冠疾病的工具包。
斯坎威尔公司寻求FDA的批准,但这可能需要几个星期甚至几个月时间。FDA和其他医学专家对居家测试一直持怀疑态度,一方面是因为病人可能无法正确操作测试;另一方面是因为,它们的结果可能是不准确的。
抗体测试不适用于诊断当下的感染,因为身体在几天后才开始产生抗体。
一些批评者还担心病人无法解释他们的血液测试结果,比如,某些人表现出新冠疾病症状,但通过斯坎威尔测试得到抗体阴性结果,他们就误以为自己没有感染,可是,实际上他们可能已经感染了,只是身体还没有产生抗体。
艾科雷德健康公司的首席医疗官尚塔努·恩迪博士说,FDA应该去除一些阻碍,以便在国家紧急情况下,将新型的居家测试产品推向市场。此外,政府需要进行必要的基础设施建设,以便更有效地向群众提供测试服务。
恩迪博士认为,人们对居家测试的许多疑虑其实是容易解决的。例如,可以通过YouTube视频向使用者展示如何正确使用拭子或刺针;医疗人员可以在视频通话中指导他们完成操作过程;为了解决对结果可能存在的误解,使用者在测试结果出来后立即与医生取得联系。其实,一些疾病(如流感、性传播疾病)的居家檢测产品已经上市,许多糖尿病患者也在家里做针刺试验来监测血糖。
在托马谢夫斯基看来,用到快速测试产品似乎还需要一段时间。他在布法罗的实验室,目前还没有一台新的雅培测试(鼻拭子)机器。同时,FDA的哈恩博士表示,该机构一直在“不停地工作,以加快对新诊断方法的审查和授权”。
测试方法的改良,其意义可能会超越当前的新冠病毒流行造成的影响。猛犸和夏洛克公司都在进行其他传染病的居家测试;哈佛的研究人员也在开发一项新的测试,旨在告诉人们曾经接触过的所有病毒类型。
快速测试和居家测试工具包的市场需求显而易见。通过政府的投资和协调,这些类型的测试产品很快就可以为数百万人服务。未来,当新冠病毒再次暴发,或是一种新病原体出现,这些产品就可以成为有效阻止病毒大流行的关键工具。