เครื่องมือราคาไม่แพง—และอาจอยู่ที่บ้าน—อาจใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีในการบอกได้ว่ามีคนติดเชื้อหรือไม่
ทั่วทั้งสหรัฐอเมริกา มีความต้องการการทดสอบ coronavirus เพิ่มขึ้นอย่างมาก ในนอร์ทแคโรไลนา ผลการทดสอบใช้เวลาเฉลี่ยหกถึงเจ็ดวันในเดือนกรกฎาคม เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจากเดือนก่อนหน้า ในเขตโคลัมเบีย ผู้อยู่อาศัยบางคนรอผลนานกว่า 14 วัน ทำให้การทดสอบไร้ประโยชน์โดยพื้นฐานแล้วเป็นเครื่องมือในการบอกให้ผู้คนกักกันตัวเองและช่วยทำลายห่วงโซ่ของการติดเชื้อ
ขณะนี้ สหรัฐฯ มีการทดสอบระหว่าง 600,000 ถึง 800,000 รายการต่อวัน ตามโครงการติดตาม Covid-19ซึ่งเป็นโครงการริเริ่มในการรวบรวมข้อมูลและการรายงานของ coronavirus นั่นเป็นการปรับปรุงจากการทดสอบประมาณ 150,000 ครั้งต่อวันในเดือนเมษายน แต่ยังไม่ถึงกับการทดสอบรายวันหลายสิบล้านครั้ง ซึ่งตามรายงานฉบับหนึ่ง ระบุว่า “มีความสำคัญต่อความสามารถของเราในการออกไปข้างนอกอีกครั้ง”
“ในความคิดของฉัน ความสามารถในการทดสอบของเราไม่ได้ใกล้เคียงกับความต้องการในการทดสอบของเรา” Kevin Nichols นักวิจัยด้านการวินิจฉัยที่ Global Health Labs ซึ่งเป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรในเมือง Bellevue รัฐ Washington กล่าว และการปรับขนาดที่จำเป็นนั้นไม่น่าจะทำได้โดยใช้การทดสอบ coronavirus ในปัจจุบัน ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์และความเชี่ยวชาญพิเศษ และแทบจะไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ดังที่เป็นอยู่
ผู้เชี่ยวชาญอย่าง Nichols บอกว่าทางออกที่ดีที่สุดของเราคือการทดสอบวินิจฉัย ณ จุดดูแลที่รวดเร็ว เป็นไปได้มากที่เขาพูดกันว่าทำจากกระดาษ
กลุ่มวิจัยทางวิชาการและบริษัทหลายสิบแห่งต่างแข่งขันกันเพื่อนำการทดสอบออกสู่ตลาดที่สามารถตรวจหา SARS-CoV-2 ซึ่งเป็นไวรัสที่ทำให้เกิดโควิด-19 ได้อย่างรวดเร็ว หลายคนใช้แถบกระดาษโดยยืมเทคโนโลยีที่พิสูจน์แล้วมาใช้เป็นเวลาหลายปีในการวินิจฉัยที่จำหน่ายหน้าเคาน์เตอร์ เช่น การทดสอบการตั้งครรภ์ การทดสอบเหล่านี้สัญญาว่าจะค่อนข้างถูก — อาจต่ำกว่า 10 ดอลลาร์ต่อครั้ง — และดำเนินการโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อน ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ที่บ้านได้
ข้อมูลเบื้องต้นชี้ให้เห็นว่าการทดสอบเหล่านี้อาจไม่มีความแม่นยำเกือบ 100 เปอร์เซ็นต์ของการทดสอบระดับโมเลกุลที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน แต่การแลกเปลี่ยนอาจคุ้มค่า: การทดสอบโดยใช้กระดาษที่ง่ายและต้นทุนต่ำสามารถช่วยให้ผู้คนกลับไปทำกิจกรรมก่อนเกิดโรคระบาดที่มีความเสี่ยงต่ำกว่า Nichols กล่าว “คุณซื้อชุดอุปกรณ์ที่ร้านขายยา ทดสอบตัวเองและรู้ว่าสุดสัปดาห์นี้คุณจะไปหาปู่ย่าตายายได้ไหม”
การทดสอบ: หนึ่ง สอง สาม
หากคุณต้องได้รับการทดสอบ coronavirus ในตอนนี้ น่าจะเป็นการทดสอบ RT-PCR (ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรสการถอดรหัสย้อนกลับ); การทดสอบนี้มองหาส่วนต่างๆ ของยีนของไวรัส ขั้นแรก ไม้กวาดจากจมูกหรือลำคอของคุณจะถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการ ด้วยความช่วยเหลือของสารเคมีและอุปกรณ์ต่าง ๆ โพรบระดับโมเลกุลพบ RNA ของไวรัสจำนวนเล็กน้อยและทำสำเนา DNA ของมัน จากนั้นเครื่องจะผลิตสำเนา DNA นี้จำนวนหลายล้านสำเนาและเพิ่มแท็กเรืองแสง ทำให้อุปกรณ์ตรวจจับได้
การทดสอบ RT-PCR ใช้เวลาสองสามชั่วโมงหรือน้อยกว่านั้น แต่โดยปกติแล้วการรอผลจะใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งวัน หรือนานกว่านั้นเมื่อห้องปฏิบัติการล้นมือหรือขาดสารเคมีที่จำเป็น แต่เมื่อผลการทดสอบ RT-PCR มาถึง ผลลัพธ์เหล่านี้มีความน่าเชื่อถือมาก ส่วนใหญ่เป็นเพราะขั้นตอนการขยายสัญญาณ ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจจับปริมาณ RNA ของไวรัสได้แม้กระทั่งปริมาณการติดตาม
การทดสอบการพัฒนาโดยใช้กระดาษจำนวนมากใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป: พวกเขาค้นหาโปรตีนที่สร้างโดยไวรัสที่เรียกว่าแอนติเจน การทดสอบแอนติเจนเหล่านี้มักใช้เทคนิคที่เรียกว่า “การทดสอบการไหลด้านข้าง” และทำงานเหมือนกับการทดสอบการตั้งครรภ์ที่บ้าน
การทดสอบใช้แถบกระดาษที่เคลือบด้วยโมเลกุลของระบบภูมิคุ้มกันที่เรียกว่าแอนติบอดี ในกรณีของการทดสอบ SARS-CoV-2 แอนติบอดีจะจดจำโปรตีนจากไวรัสบางส่วน ตัวอย่างของบุคคลถูกผสมกับของเหลวจำนวนเล็กน้อย ซึ่งถูกนำไปใช้กับปลายด้านหนึ่งของแถบ แล้วไหลผ่านการกระทำของเส้นเลือดฝอยเก่าที่ดี ไปยังปลายอีกด้านหนึ่ง ระหว่างทาง ตัวอย่างจะผ่านแอนติบอดี (หรือโปรตีนจับที่คล้ายกัน) ซึ่งแอนติเจนของไวรัสในตัวอย่างจับไป คำสั่งผสมแอนติเจนและแอนติบอดีนี้จะย้ายไปยังโซนทดสอบของแถบและกระตุ้นปฏิกิริยาทางเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนสี ซึ่งบ่งชี้ถึงผลลัพธ์ที่เป็นบวก แอนติบอดีที่มากเกินไปจะท่องไปตามความยาวของแถบไปยังโซนควบคุม และทำให้เกิดการเปลี่ยนสีอีกครั้ง การเปลี่ยนแปลงครั้งที่สองนั้นให้ความมั่นใจว่าการทดสอบทำงานตามที่ควรจะเป็น
จนถึงตอนนี้ การทดสอบแอนติเจนแบบใช้กระดาษสองครั้งได้รับการอนุมัติให้ใช้ในกรณีฉุกเฉินในสหรัฐอเมริกา: Veritor System โดย Becton, Dickinson and Co. และการทดสอบที่ออกแบบมาเพื่อทำงานบนอุปกรณ์ที่เรียกว่า Sofia ซึ่งผลิตโดย Quidel Corp ทั้งคู่ใช้เครื่องมือ เพื่ออ่านผลการทดสอบ และการทดสอบที่โซเฟียยังกำหนดให้ห้องปฏิบัติการทดสอบมีใบรับรองพิเศษ การทดสอบให้ผลลัพธ์ภายในประมาณ 15 นาที
นักวิจัยยังเข้าใกล้การทดสอบแอนติเจนที่ง่ายพอสำหรับทุกคนที่จะใช้ที่บ้าน
การทดสอบดังกล่าวกำลังได้รับการพัฒนาในห้องปฏิบัติการของ Hadley Sikes วิศวกรเคมีของ MIT การทดสอบแอนติเจนแบบใช้กระดาษของเธอให้ผลลัพธ์ภายใน 10 นาที และไม่ต้องใช้เมมเบรนชนิดพิเศษที่ทำจากไนโตรเซลลูโลสเพื่อยึดแอนติบอดีบนแถบกระดาษ สิ่งนี้จะตัดขั้นตอนการผลิตออก การทดสอบนี้ใช้โปรตีนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งผูกติดกับกระดาษโดยตรงเพื่อตรวจหาแอนติเจนของ SARS-CoV-2
Charles Henry นักเคมีวิเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโคโลราโด ผู้เขียนร่วมเกี่ยวกับภาพรวมของอุปกรณ์วิเคราะห์แบบกระดาษ ในการ ทบทวนเคมีเชิงวิเคราะห์ประจำปีล่าสุดกำลังทำงานเกี่ยวกับการทดสอบ Covid-19 โดยใช้กระดาษหลายประเภท
การทดสอบในห้องปฏิบัติการสองรายการของเขาปรับเทคนิคที่เรียกว่า enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) ซึ่งใช้เอนไซม์ซึ่งเป็นโปรตีนชนิดหนึ่งในการตรวจหาแอนติเจน วิธีนี้มักเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน แต่ทีมงานได้รวมเอาขั้นตอนเหล่านี้ไว้ในอุปกรณ์เกือบทั้งหมดในเครื่องเดียว เขากล่าว (เฮนรี่วางแผนที่จะจดสิทธิบัตรการออกแบบ ดังนั้นเขาจึงปฏิเสธที่จะเปิดเผยรายละเอียดมากมาย) ในการอ่านผลลัพธ์ ทีมงานกำลังทำงานในสองวิธี: สัญญาณภาพ และอีกวิธีหนึ่งที่คล้ายกับเครื่องวัดระดับน้ำตาลในเลือดแบบใช้มือถือที่ใช้โดยผู้ป่วยโรคเบาหวาน
ห้องทดลองของ Nichols กำลังให้คำปรึกษาแก่บริษัทสตาร์ทอัพ Luminostics ซึ่งเป็นพันธมิตรกับบริษัทยา Sanofi ในการทดสอบแอนติเจนและการทดสอบโดยใช้กระดาษ Luminostics เชี่ยวชาญด้านวัสดุเรืองแสงที่เรืองแสงในที่มืด และความหวังก็คือสามารถดูผลการทดสอบได้ง่ายๆ ที่บ้านโดยใช้สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์ต่อพ่วงที่กันแสง
แม้ว่าการทดสอบในการพัฒนาจำนวนมากจะใช้เทคโนโลยีที่เป็นที่ยอมรับ ตัวอย่างเช่น การทดสอบการไหลด้านข้างมีมาตั้งแต่ปี 1970 การปรับให้เข้ากับการใช้งานใหม่และการขยายการผลิตไม่ใช่เรื่องเล็ก “โควิด-19 แสดงให้เราเห็นว่า ใช่ เรามีเทคโนโลยีเหล่านั้น แต่มันยากจริงๆ ที่จะพัฒนาการทดสอบใหม่ในไทม์ไลน์อันรวดเร็ว” Sikes กล่าว “ถ้าจู่ๆ คุณต้องการ 100 ล้านตัว มันยากที่จะสร้างทั้งหมดได้ในคราวเดียว”
สถานการณ์อ่อนไหว
ข้อเสียเปรียบที่อาจเกิดขึ้นของการทดสอบแอนติเจนคือแอนติเจนของไวรัสนั้นตรวจจับได้ยากกว่าเพราะไม่สามารถขยายโปรตีนในลักษณะที่สารพันธุกรรมสามารถทำได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปัญหาในช่วงเริ่มต้นของการติดเชื้อเมื่อบุคคลอาจมีอนุภาคไวรัสไม่มาก
แต่การทดสอบแอนติเจนยังคงให้ข้อมูลที่สามารถดำเนินการได้ เช่น คุณควรไปทำงานหรือไม่? — มีประโยชน์มากกว่ารอผลสองสัปดาห์ ด้วยการทดสอบราคาถูกและรวดเร็ว เราสามารถคิดทบทวนแนวทางการทดสอบของเราได้ Sikes กล่าว บางคนอาจตรวจสอบผลการทดสอบได้เป็นสองเท่าหรือสามเท่าในช่วงหลายวัน มีประโยชน์ เนื่องจากข้อมูลแนะนำว่าผลบวกลวง (การทดสอบเป็นบวกเมื่อคุณไม่ได้ติดเชื้อ) ค่อนข้างหายากในการทดสอบ coronavirus แต่มีความกังวลเกี่ยวกับผลลบลวง (การทดสอบเป็นลบเมื่อคุณติดเชื้อจริง) การทดสอบอย่างรวดเร็วเหล่านี้สามารถช่วยเปิดเผยการติดเชื้อในผู้ที่ไม่มีอาการ และผู้คนสามารถติดตามผลการทดสอบอย่างรวดเร็วด้วยการทดสอบ RT-PCR มาตรฐานได้เสมอ
Nichols กล่าวถึงการทดสอบโดยใช้แอนติเจนว่า “ข้อเสียเปรียบ” คือการทดสอบไม่ละเอียดอ่อนเท่า แต่บ่อยครั้งก็อาจดีพอที่จะเป็นประโยชน์ได้
นักวิจัยกำลังคิดค้นกลวิธีต่างๆ เพื่อให้การทดสอบแอนติเจนของพวกเขามีความละเอียดอ่อนมากพอที่จะนำไปใช้ได้จริง ตัวอย่างเช่น ห้องปฏิบัติการของ Nichols กำลังคัดกรองแอนติบอดีหลายพันชนิดเพื่อค้นหาแอนติบอดีที่ดีเป็นพิเศษในการจับกับโปรตีน nucleocapsid ของไวรัส ซึ่งเป็นหนึ่งในโปรตีนจากไวรัสที่มีมากที่สุด นั่นอาจทำให้ความไวของการทดสอบเพิ่มขึ้น ในเดือนกรกฎาคมทีมงานได้เผยแพร่ผลงานบางส่วนล่วงหน้าก่อนการตรวจสอบโดยเพื่อนอย่างเป็นทางการ บนเว็บไซต์ ChemRxiv ก่อนพิมพ์
ห้องปฏิบัติการอื่นกำลังจัดการกับปัญหาความอ่อนไหวโดยการพัฒนาการทดสอบแบบใช้กระดาษที่มองหาสารพันธุกรรม แต่ในลักษณะที่ตรงไปตรงมามากกว่าการทดสอบ RT-PCR มาตรฐาน การทดสอบ RNA แบบกระดาษบางส่วนเหล่านี้ใช้วิธีการที่ขยายวัสดุไวรัสได้รวดเร็วขึ้น หรือต้องการให้ตัวอย่างร้อนที่อุณหภูมิเดียวแทนการให้ความร้อนและความเย็นหลายรอบที่จำเป็นสำหรับการทดสอบ RT-PCR
ยังไม่มีการทดสอบ RNA แบบกระดาษที่ได้รับการอนุมัติจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา การประเมินทางคลินิกจะวัดความน่าเชื่อถือของการทดสอบ
เป็นการยากที่จะบอกว่าการทดสอบใหม่เหล่านี้แม่นยำเพียงใด บ่อยครั้ง สิ่งที่รายงานคือ “ความไว” ในสำนวนการทดสอบทางการแพทย์ ความไวหมายถึง “ผลบวกที่แท้จริง” หมายถึงความถี่ที่การทดสอบระบุถึงผู้ที่ติดเชื้อไวรัสจริงๆ แต่ความไวเป็นเพียงส่วนหนึ่งของสมการ
นอกจากนี้ยังมีความจำเพาะในการทดสอบ ซึ่งหมายถึง “ผลลบที่แท้จริง” ซึ่งหมายความว่าการทดสอบจะคัดคนที่ไม่มีไวรัส ออกอย่างถูกต้องบ่อยเพียงใด ยิ่งไปกว่านั้น การประเมินความเชื่อถือได้ของการทดสอบขึ้นอยู่กับประชากรที่ทำการทดสอบ ตัวอย่างเช่น การตรวจจับการติดเชื้อในคนป่วยหนักที่มีไวรัสในปริมาณมากจะง่ายกว่าในคนที่เพิ่งติดเชื้อและยังไม่มีอนุภาคไวรัสมากนัก
ในสหรัฐอเมริกา องค์การอาหารและยากำหนดแนวทางให้ผู้ทำการทดสอบแสดงประสิทธิภาพที่เพียงพอกับตัวอย่างอย่างน้อย 30 ตัวอย่างและตัวอย่างเชิงลบ 30 ตัวอย่าง “นั่นขึ้นอยู่กับเสียงรบกวนจริงๆ” Nichols กล่าว และทำให้ความแม่นยำของการทดสอบยากต่อการแยกแยะ
การทดสอบโดยใช้กระดาษที่มองหา RNA ควรมีความละเอียดอ่อนมากกว่าการทดสอบแอนติเจน แต่ผลการทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริงของการทดสอบกระดาษส่วนใหญ่ที่ยังไม่อนุมัติยังคงปรากฏให้เห็น Nichols กล่าวว่าเขาคาดว่าข้อกำหนดด้านกฎระเบียบสำหรับการทดสอบจะเข้มงวดขึ้นในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า ซึ่งหมายความว่าการทดสอบในภายหลังจะมีเกณฑ์ที่ชัดเจนขึ้น
ข่าวดีก็คือ Henry คาดการณ์ว่าในบางจุดจะมีผู้ชนะที่ชัดเจนซึ่งอยู่เหนือคู่แข่งของพวกเขา “มันเป็นดินแดนที่ไม่คุ้นเคยจริงๆ เพราะไม่เคยมีการทดสอบที่แตกต่างกันมากมายที่พัฒนาขึ้นสำหรับสิ่งเดียวกัน” เขากล่าว
นอกเหนือจากคุณภาพ ปัญหาการกระจายยังสามารถทำให้เกิดการทดสอบแอนติเจน SARS-CoV-2 ใหม่ได้ ในเดือนกรกฎาคม ฝ่ายบริหารของทรัมป์ได้ประกาศแจกจ่ายชุดทดสอบแอนติเจน 2 ชุดที่ได้รับการอนุมัติเพียงครั้งเดียวเพื่อใช้ในสถานพยาบาลในจุดที่มีเชื้อ coronavirus การทดสอบเหล่านี้สามารถช่วยให้บ้านพักคนชราสามารถทดสอบผู้อยู่อาศัยและเจ้าหน้าที่ได้อย่างสม่ำเสมอ แต่มีความกังวลเกี่ยวกับการขาดแคลนอยู่แล้ว
โครงการของ Sikes ซึ่งอยู่ระหว่างการพัฒนาร่วมกับผู้ผลิต 3M เป็นหนึ่งในมากกว่าสองโหลที่ได้รับเลือกโดย National Institutes of Health Initiative ซึ่งมีเป้าหมายที่จะขยายขีดความสามารถในการตรวจวินิจฉัยของสหรัฐฯ เป็นประมาณ 6 ล้านครั้งต่อวันภายในเดือนธันวาคม แต่การอนุมัติของ FDA ความสามารถในการผลิตและปัญหาอื่น ๆ ยังคงต้องได้รับการแยกออกเพื่อให้เกิดขึ้น
สำหรับตอนนี้ นักวิจัยอย่าง Henry และคนอื่นๆ กำลังทำงานอย่างเร็วที่สุดเพื่อผลักดันการทดสอบไปข้างหน้า “เรื่องตลกที่คุยกันทางโทรศัพท์เมื่อวานนี้คือ ‘ฉันจะนอนในปี 2022’” เขากล่าว “ในขณะเดียวกัน ก็น่าตื่นเต้นที่คิดว่าเราสามารถทำอะไรบางอย่างที่ช่วยได้บ้าง นั่นคือจุดจบที่นี่”
