Обзор клинического исследования по информативности экспресс-тестов по определению антигена SARS-CoV-2

23 Ноября 2020

Продолжающаяся пандемия коронавирусной инфекции, вызванная SARS-CoV-2, ставит сложные задачи перед системами здравоохранения во всем мире. Эталоном для  обнаружения SARS-CoV-2 является метод амплификации нуклеиновых кислот (метод ПЦР). ПЦР в реальном времени выполняется в лабораторных условиях и требует наличия сложного оборудования, подготовленного персонала, а также развитой логистики для доставки образцов и сообщения результатов. Своевременное получение результатов крайне важно для предотвращения дальнейшего распространения вируса вследствие высокой концентрации вирусных частиц, выделяемых больным в период развития симптомов .

Ограниченность скорости работы ПЦР — лабораторий усугубляется ростом спроса на тесты ПЦР в реальном времени. Использование экспресс-тестов для обнаружения антигена SARS-CoV-2  даст возможность получать информацию своевременно о присутствии инфекции в организме, даже если в некоторых ситуациях полученные результаты потребуется дополнить результатами ПЦР. По мере появления на рынке первых промышленных тестов на антиген возрастает интерес к их характеристикам, главным образом, к их чувствительности и общей специфичности — двум важнейшим параметрам, которые определяют сферу применения тестов. SARS-CoV-2 выделяется из верхних дыхательных путей больных интенсивно в течение короткого периода времени. Если исследуемые тестируются на позднем этапе развития инфекции, например, на второй неделе после появления первых симптомов, то несовпадение результатов ПЦР в реальном времени и экспресс-тестов приведет исследователей к выводу о низкой клинической чувствительности тестовых систем. Однако картина может быть другой при использовании этих тестов для диагностики острых инфекций на раннем этапе. С практической точки зрения информации об аналитической, а не клинической, чувствительности экспресс-тестов может быть достаточно для определения их полезности для различных вариантов применения, используя ПЦР в реальном времени в качестве общепринятого эталонного метода анализа.

В биомедицинском журнале «Yale» (BMJ Yale) командой немецких авторов (Victor M. Corman, Verena Claudia Haage, Tobias Bleicker и др.) 12.11.2020г были опубликованы результаты исследования по сравнению чувствительности и специфичности семи коммерческих экспресс- тестов, предназначенных для выявления антигена SARS-CoV-2. Проанализированы экспресс- системы следующих производителей:

  • Abbott Panbio™ COVID-19 Ag Rapid Test (Испания);

  • RapiGEN BIOCREDIT COVID-19 Ag (Южная Корея);

  • Healgen® Coronavirus Ag Rapid Test Cassette (Swab) (США);

  • Coris Bioconcept Covid.19 Ag Respi-Strip (Бельгия);

  • R-Biopharm RIDA®QUICK SARS-CoV-2 Antigen (Германия);

  • NAL von minden NADAL COVID19-Ag Test (Германия);

  • Roche/SD Biosensor SARS-CoV Rapid Antigen Test (Южная Корея). 

Результаты тестовых экспресс-систем сравнивались с результатом общепринятого анализа по методу ПЦР в реальном времени в рамках исследования в лабораторных условиях в Германии.

В тестируемые группы вошли 138 человек с подтвержденной коронавирусной инфекцией, вызванной SARS-CoV-2; 100 человек с иной респираторной вирусной инфекцией (не SARS-CoV-2) и 35 здоровых добровольцев (в качестве здоровых добровольцев выступали работники института вирусологии в возрасте от 22 лет до 61 года; средний возраст — 34,7 лет).

Авторы отмечают, что большинство производителей не включают самостоятельный анализ в свои инструкции пользователя, однако в недавнем исследовании было показано, что самостоятельный сбор образцов является надежной альтернативой профессиональному взятию мазков из носоглотки при использовании экспресс-тестов при условии строгого соблюдения  инструкции производителей теста (Lindner AK, Nikolai O, Kausch F, Wintel M, Hommes F, Gertler M, et al. Head-to-head 451 comparison of SARS-CoV-2 antigen-detecting rapid test with self-collected anterior nasal swab 452 versus professional-collected nasopharyngeal swab. medRxiv. 2020:2020.10.26.20219600). SARS-CoV- 2-положительные образцы были получены в период с марта по октябрь 2020 г.

Первоначальные сравнения аналитической чувствительности основывались на определении концентрации очищенного экспрессированного в бактериальных клетках белка нуклеокапсида вируса, который использовался в качестве мишени во всех тестах. Концентрация белка в диапазоне от 5 до 25 нг/мл обнаруживалась большинством тестов и соответствовала содержанию белка 250- 1250 нг в 50 мкл образце (RapiGEN BIOCREDIT COVID-19 Ag 50 нг/мл и 2500 нг в 50 мкл, соответственно). Для подтверждения этих значений на вирусном белке протестировали надосадочную жидкость клеточной культуры зараженных SARS-CoV-2 клеток Vero с определенными инфекционными дозами вируса, выраженными в бляшкообразующих единицах (БОЕ). Почти все тесты надежно обнаруживали примерно 44 БОЕ вируса в образце. Тесты от производителей I, III, V и VII смогли обнаружить вирус при концентрации даже в 4,4 БОЕ в каждом тесте (Abbott Panbio™ COVID-19 Ag Rapid Test, Healgen®,Coronavirus Ag Rapid Test Cassette (Swab), R-Biopharm RIDA®QUICK SARS-CoV-2 Antigen, Roche/SD Biosensor SARS-CoV Rapid Antigen Test).

Тест от производителя RapiGEN BIOCREDIT COVID-19 Ag оказался намного менее чувствительным при обнаружении как рекомбинантного белка, так и самого вируса.

Всего было протестировано 138 SARS-CoV-2-положительных (по результатам анализа ПЦР в реальном времени) образцов. Медианная вирусная нагрузка составила 2.49 X 10 ⁶ (диапазон: 1.88 X 10 ⁴ — 2.75 X 10⁹) копий на мл суспензии мазка (рисунок 1a). В зависимости от первоначального тестирования и доступного объема клинического образца использовались 115 клинических образцов для каждого оцениваемого теста (Рисунок 1b). Всего лишь 45 образцов использовались для проверки теста RapiGEN BIOCREDIT COVID-19 Ag, который правильно определил только 4 из 45 образцов, при этом в каждом из этих четырех образцов содержалось более 2 x10 ⁸ копий РНК на мл, в результате чего авторами статьи было принято решение прекратить дальнейшее определение чувствительности этого продукта. Распределение тестовых образцов показано на рисунке 1b.

image003.jpg

Рисунок 1(ab).
а) Распределение концентрации вирусной РНК SARS-CoV-2 среди клинических образцов, использованных для проверки тестовых систем
б) Обзор протестированных образцов и соответствующих результатов для семи тест-систем (в колонке). Синие поля соответствуют положительному результату, красные поля соответствуют отрицательному результату. Пустые поля относятся к образцам, которые не были протестированы соответствующим тестом.
в) Распределение тестовых образцов

На основе этого тестирования был выполнен анализ бинарной логистической регрессии для определения 50% и 95% пределов обнаружения для каждого экспресс-теста. Без поправки на меньший объем образца в сравнении со стандартными протоколами тест- систем в данном исследовании концентрации вируса, количественно определенные с помощью ПЦР в реальном времени, при которых было достигнуто 95% совпадений, составили от 3.4 X 10⁶ до 7.41 X 10⁷ копий на мл суспензии мазка для пяти наиболее чувствительных тестов (Abbott Panbio™ COVID-19 Ag Rapid Test; Healgen®Coronavirus Ag Rapid Test Cassette (Swab); R-Biopharm RIDA®QUICK SARS-CoV-2 Antigen; NAL von minden; NADAL COVID19-Ag Test; Roche/SD Biosensor SARS-CoV Rapid Antigen Test). С поправкой на объем образца эти числа оказались ниже примерно в 8 раз.

Для определения любой систематической перекрестной реактивности с соответствующими вирусными антигенами была протестирована надосадочную жидкость культур клеток или тканей, содержащую известную концентрацию четырех эндемичных коронавирусов человека (HCoV), а также MERS- и SARS-CoV, путем внесения 50 мкл надосадочной жидкости           в лизирующий буфер каждого из экспресс- тестов). За одним исключением, которое не воспроизводилось, ни один из тестов не продемонстрировал перекрестную реактивность по отношению HCoV или MERS-CoV. SARS-CoV давал перекрестную реактивность и определялся во всех тестах.

Протестировано 100 сохраненных клинических образцов, взятых у пациентов с известными острыми инфекциями, вызванными респираторными вирусами, отличными от SARS-CoV-2: аденовирус, бокавирус, HCoV-NL63, HCoV-OC43, энтеровирус, риновирус, вирус гриппа AH1, вирус гриппа AH3, вирус гриппа В, метапневмовирус, вирус парагриппа 1,2,3, РС-вирус, микоплазма пневмония и легионелла. За одним исключением все тесты давали либо ни одного, либо один или два ложноположительных результата в 100 анализах (12 ложноположительных результатов у тест — системы Healgen®Coronavirus Ag Rapid Test Cassette (Swab)). Следует отметить, что примерно половина ложноположительных результатов воспроизводилась при повторном тестировании того же образца, при этом связь с каким-либо конкретным известным патогеном в образцах отсутствовала. Это свидетельствует о наличии какого-то фактора, не связанного с тестируемыми патогенами, вызывающего положительные сигналы тестов. Из 15 образцов, давших ложноположительные результаты, один образец вызвал положительный сигнал у двух разных тестов.

Тестирование 35 здоровых сотрудников лаборатории, не имеющих признаков инфекции дыхательных путей, показало положительные результаты у 5 человек (тест-системы Healgen®Coronavirus Ag Rapid Test Cassette (Swab); R-Biopharm RIDA®QUICK SARS-CoV-2 Antigen; NAL von minden; NADAL COVID19-Ag Test; Roche/SD Biosensor SARS-CoV Rapid Antigen Test). Все положительные результаты оказались ложноположительными по итогом немедленной проверки ПЦР в реальном времени.

Кумулятивная специфичность по результатам тестирования селективности и тестирования здоровых добровольцев составила:

  • 99,26 % Abbott Panbio™ COVID-19 Ag Rapid Test;

  • 100%   RapiGEN BIOCREDIT COVID-19 Ag;

  • 88,24%  Healgen® Coronavirus Ag Rapid Test Cassette;

  • 100%   Coris       Bioconcept         Covid.19              Ag          Respi-Strip;

  • 94,85% R-Biopharm RIDA®QUICK SARS-CoV-2 Antigen;

  • 99,26% NAL von minden NADAL COVID19- Ag Test ;

  • 98,53% Roche/SD Biosensor SARS-CoV Rapid Antigen Test

Таким образом, по результатам проведенных исследований минимальная диагностическая концентрация вируса (предел обнаружения) в шести из семи протестированных продуктов находилась в диапазоне от 2,08 × 10 ⁶ до 2,88 × 10 ⁷ копий на мазок, в одном она составила 1,58 × 10 ¹⁰ копий на мазок. Диапазон чувствительности большинства исследуемых экспресс-тестов позволяет обнаружить вирус в первую неделю после появления симптомов COVID-19.

Специфичность варьировала от 98,53% до 100% по пяти продуктам; два экспресс-теста имели наименьшую специфичность — 94,85% и 88,24%.

Полученные ложноположительные результаты не были связаны с каким-либо конкретным респираторным агентом.

Целью данного исследования было выяснение ряда вопросов, связанных с клинической проверкой экспресс-тестов в текущей ситуации с развивающейся пандемией. Из-за быстрого изменения вирусной нагрузки в острой фазе заболевания COVID-19, у экспресс- тестов имеется узкое окно применения, которое на практике соответствует первой неделе после появления симптомов. В свете наработки опыта применения ПЦР в реальном времени в этой фазе заболевания была предпринята попытка определить аналитические характеристики тестов, т.е. установить примерную концентрацию вируса, которую могут обнаружить эти тесты, а также их склонность давать ложноположительные результаты.

Что касается чувствительности, то диапазон обнаруживаемых концентраций для большинства тестов был в пределах 1-10⁶ копий на мазок (с учетом систематического предварительного разбавления), что соответствует концентрации, которая предсказывает коэффициент изоляции вируса, равный примерно 20% в клеточной культуре. По литературным данным этот уровень успешной изоляции обычно достигался к концу первой недели после появления симптомов. Хе и др. показали, что этот момент времени также коррелирует с окончанием фактической инфективности. Момент времени в первую неделю после появления симптомов, в который результаты экспресс-теста становятся отрицательными, может служить маркером момента исчезновения инфективности. В ситуациях, характеризуемых переходом к более высокому уровню заболеваемости, немедленное получение результатов тестов может помочь появлению новых концепций в сфере здравоохранения, в рамках которых решения об изоляции или продлении изоляции будут основываться на тестировании инфективности, а не на скрининге инфекции. При первом контакте с пациентом положительный результат экспресс-теста также может помочь врачам принимать решения о немедленной изоляции лиц, для которых выявлено выделение особенно большого количества вирусных частиц. Для госпитализированных пациентов в конце курса лечения отрицательные результаты тестирования могут служить дополнительным критерием для выписки пациентов.

Скрининг бессимптомных пациентов с ожидаемым отсутствием вируса более сложен. Учитывая ограничения чувствительности, результаты тестов следует рассматривать как мгновенную оценку инфективности, а не диагноз, позволяющий исключить наличие инфекции. Из-за сильного изменения концентрации вируса в период появления симптомов или непосредственно перед ним, в рекомендациях по применению экспресс-систем следует указать, что отрицательный результат теста может быть вызван недостаточной чувствительностью теста, особенно в случаях, когда симптомы появляются сразу после тестирования. Для решения этой задачи могут служить инструкции, которые объясняют значение отрицательного результата экспресс- теста у  пациентов без признаков респираторной инфекции на момент его проведения.

Также из-за ограниченной специфичности большинства тестов для подтверждения полученных положительных результатов следует применять ПЦР в реальном времени. В данном исследовании доля ложноположительных результатов для двух тестов составила примерно 10%. Один из этих тестов (R-Biopharm) представляет собой предварительную версию рыночного продукта. У других тестов может проявляться нестабильность свойств в зависимости от партии, так как независимое исследование этих же продуктов не показало сравнимых проблем с числом ложноположительных результатов (согласно информации из вкладыша к продукту от дистрибьютора HealGen).

Выявленные проблемы со специфичностью у двух продуктов скорее всего являются временными и будут устранены путем изменения концентраций реагентом и совершенствованием технологических процессов в ближайшем будущем, возможно даже до того, как некоторые из продуктов появятся в широком доступе.

Основываясь на данных проведенного исследования представленных в биомедицинском журнале «Yale» (публикация от 12.11.2020г.), можно сделать вывод, что южно-корейский экспресс-тест фирмы SD Biosensor «Roche/SD Biosensor SARS-CoV Rapid Antigen Test» входит в перечень наиболее надежных тест-систем, демонстрируя высокую чувствительность и специфичность. Характеристика теста, с учетом погрешности исследования, о которой упоминают авторы, соответствует заявленной в инструкции производителя: чувствительность 96.52% и специфичность 99.68%.


Обратный звонок
Представьтесь, мы вам перезвоним.
Ваша заявка успешно отправлена!
Необходимо принять условия соглашения
Вы заполнили не все обязательные поля
Произошла ошибка, попробуйте ещё раз
Заказ
Оформите заказ, наш сотрудник свяжется с вами для уточнения деталей.
Ваша заявка успешно отправлена!
Необходимо принять условия соглашения
Вы заполнили не все обязательные поля
Произошла ошибка, попробуйте ещё раз