Er en Coronavirus Breathalyzer-test mulig?

AndreyPopov / Getty Images

Vigtigste takeaways

• Forskere udforsker en åndedrætslignende enhed til detektion af COVID-19.
• Enheden er uddannet til at skelne mellem en "COVID-signatur" baseret på flygtige organiske forbindelser (VOC) i åndedrættet.
• En udåndingstest kan have en plads i virusscreening i fremtiden, potentielt overfyldte steder.

Den eneste ting, der er så frustrerende som at vente på at finde ud af, om du har testet positivt for coronavirus, en proces, der kan tage dage, kan udholde testen i første omgang. Den mest almindelige COVID-19 test involverer en lang vatpind fast i næseboret for at samle sekreter fra bagsiden af ​​næsen og halsen - ikke ligefrem en behagelig fornemmelse. Men forskere bryder mark på lettere metoder. Man kan være som at teste ånde for sprutforbrug.

"Det er tanken om, at du har COVID-ånde," fortæller Makeda Robinson, MD, ph.d., en stipendiat ved infektiøs sygdom ved Stanford University, Verywell. "Det er blevet vist før, at vira og celler, der er inficeret med vira, kan udsende disse flygtige organiske forbindelser eller VOC'er i din ånde."

Forskere har udviklet og gennemført en lille tidlig undersøgelse af en åndedrætslignende enhed for hurtigt at opdage tilstedeværelsen af ​​SARS-CoV-2, den virus, der forårsager COVID-19. Resultaterne blev for nylig offentliggjort iACS Nano, en publikation fra American Chemical Society.

Hvordan det virker

Enheden har en sensor lavet af nanomaterialer, der er knyttet til VOC-følsomme molekyler. Når VOC'er fra ånde interagerer med sensoren, ændres den elektriske modstand og skaber et mønster. Forskerne brugte maskinlæring til at træne sensoren til at genkende nøgleforskelle i udåndet ånde og identificere en mulig COVID-19 signatur baseret på de elektriske modstandssignaler.

For at træne sensoren i at genkende den mulige COVID-19-signatur, tilmeldte forskere tre grupper: 49 patienter med bekræftet COVID-19, 58 raske individer og 33 patienter med en ikke-COVID-lungeinfektion. Hver deltager blæste ind i prototypen i et par sekunder.Dernæst havde forskerne brug for at afgøre, om prototypens potentielle COVID-signatur var nøjagtig, så de testede enheden på et mindre antal af de 140 deltagere.

Er det nøjagtigt?

Ved at differentiere COVID-19 tilfælde fra kontrolgruppen hos raske individer var enheden 76% nøjagtig. Sensoren skelner mellem individer med COVID-19 og dem, der er diagnosticeret med en anden type lungeinfektion med 95% nøjagtighed, og mellem genvundne og syge COVID-19-patienter med 88% nøjagtighed.

”Det hele står helt på venstre side af udviklingskurven,” fortæller Farley Cleghorn, MD, MPH, en epidemiolog og global sundhedschef ved Palladium, Verywell. ”Det er den første rapport. Og mens det viser nogle lovende data, siger selv forfatterne selv, at vi har brug for en større undersøgelse. ”

Testen var mindst nøjagtig ved bestemmelse mellem COVID-19-infektion og raske forsøgspersoner. Undersøgelsen registrerede et antal falske positive, som kan føre til en stigning i brugen af ​​sundhedsvæsenet og unødigt bidrage til overbelastning, siger Robinson. Men falske positive kan være mindre bekymrende end at savne mennesker, der er smittet.

"Hvis nogen ubevidst har [COVID-19], og de kommer på et fly, eller de går tilbage på arbejde, udsætter du nu mange mennesker for det," siger Robinson.

Hvad det betyder for dig

I fremtiden kan du muligvis tage en åndedrætslignende test for COVID-19. Men lige nu er det kun testmetoder, der er tildelt nødbrugstilladelse (EAU) af U.S. Food and Drug Administration (FDA), der kan tilbyde resultater.

Testen kan hjælpe med at forbedre måling

Robinson siger, at hun er særlig fascineret af det faktum, at sensoren til en vis grad kunne skelne mellem patienter, der var syge med COVID-19, og dem, der var kommet sig.

"Det kan muligvis fortælle os mere om, hvordan folk forbedrer sig eller ikke forbedrer sig over tid," siger hun. "Det er ikke bestemt, at det kunne gøre dette, men jeg tror, ​​muligheden er der."

En begrænsning af den indledende forskning er, at den ikke tager højde for mange faktorer som alder, køn, etnicitet, comorbiditeter og endda hvor testen administreres. "Dette er sådan en lille undersøgelse, der blev udført i Wuhan, Kina - så i en mere homogen patientpopulation," siger Robinson. "Vi ved ikke, om COVID-19-åndedrættet i dette område vil være magen til andre."

Makeda Robinson, MD, ph.d.

Vi kan fortsætte med at udvikle os. Denne test kan faktisk blive bedre over tid.

Men sensoren kan muligvis trænes i at tage højde for disse faktorer. "Jeg tror, ​​det er virkelig løftet om maskinlæring," siger Robinson. "Vi kan fortsætte med at udvikle os. Denne test kan faktisk blive bedre med tiden."

Et velkomstalternativ til vatpinde

Der er stadig behov for bedre testmetoder for SARS-CoV-2, især muligheder, der er mindre invasive end den frygtede nasopharyngeal vatpind.

”Det er meget ubehageligt,” siger Rebecca Wurtz, MD, MPH, lektor ved School of Public Health ved University of Minnesota, til Verywell. "Hvis det virkelig opnås ordentligt, skal du skubbe vatpinden helt ind i ryggen og derefter hvirvle den fem gange."

Wurtz siger, at hun ikke har set nogen undersøgelser om dette, men hun har mistanke om brugerfejl i indsamling, især på bestemte drive-up teststeder, hvor du faktisk administrerer podepinden selv. ”Jeg tror, ​​at mange laboratorieteknologer og sygeplejersker og andre mennesker, der får prøver, selv i kontrollerede omgivelser, er bange for at skubbe den vatpind hele vejen tilbage og forårsage et sådant ubehag,” siger hun.

Den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration (FDA) har givet 230 COVID-19-tests, herunder 186 molekylære, 40 antistof- og 4 antigenforsøg, godkendelse til nødbrug (EAU). Udåndingstesten under udvikling falder ikke ind under nogen af ​​disse kategorier.

"Der har været en slags denne anden bølge," siger Robinson om at teste innovation. ”Vi har fået flere oplysninger om, at forskellige prøvetyper faktisk kan have lignende nøjagtigheder. Og nu er vi lidt flyttet til at spørge os selv: 'Er dette den bedste og eneste måde?' "

Prøveindsamling er kun halvdelen af ​​kampen. Selvom der er nye og innovative laboratoriemetoder i gang, har guldstandarden for denne pandemi været omvendt-transkriptase-polymerasekædereaktionstest (RT-qPCR). PCR er en kompleks og tidskrævende proces, der involverer kemikalier og maskiner i et laboratorium, ifølge FDA. Inden testen begynder, skal prøverne sendes til et passende laboratorium, hvor de ofte venter i en kø.

Cleghorn siger, at laboratorier simpelthen er sikkerhedskopieret. Han gik til et gratis teststed COVID-19 for omkring en måned siden, fortæller han Verywell. Omsætningstiden for resultater på dette sted var ca. 10 dage. På den tid siger han, at folk måske ”mangler vinduet til at udføre alle de rigtige epidemiologiske kontrolforanstaltninger, der er nødvendige for, når nogen enten er positive over for coronavirus eller har været udsat for”.

De lange gennemgangstider for resultater vedrører eksperter, især mens testpositive satser stadig er høje mange steder i USA og med den kolde og influenzesæson ved at starte. ”Vi anbefaler, at positivitetsgraden efter jurisdiktion er mindre end 5%,” forklarer Cleghorn med henvisning til COVID-19-benchmark, som blev fastlagt af Verdenssundhedsorganisationen i maj. ”Vi har omkring 30 stater i USA, der ikke har opnået det . ”

Disse statistikker, tilføjer Cleghorn, “har ført til en meget større appetit på andre tests. Og det er derfor, der har været enorme, meget frugtbare bestræbelser på at udvikle antistoftest, antigentest, ikke-PCR-test - alt hvad der vil lette nogle af den byrde, vi oplever. ”

Brug sager til åndedrætsprøver

Så vil vi alle blive testet for "COVID-ånde", når vi går om vores dage i den nærmeste fremtid? "Selve testen ligner meget en åndedrætsværn til en alkoholtest," siger Robinson om den prototype, der er nævnt i undersøgelsen. "Og alkohol eller ethanol er en VOC."

Med sin brugervenlighed kan en åndedrætstest være et nyttigt værktøj til screening ved point-of-entry, tilføjer Robinson. Lige nu udfører mange steder som skoler, klinikker og kontorer temperaturkontrol og spørger enkeltpersoner om symptomer. ”Jeg synes, der er en reel niche til en diagnostisk test som denne, fordi den kræver så lidt ekstra personale, og leveringstiden er så hurtig,” siger hun. "Vi har set med genåbningen af ​​skoler, at der er en masse hit eller miss der."

Hypotetisk kan en åndedrætsværn hjælpe skoleadministratorer med at screene studerende mere nøjagtigt og effektivt. Og en sådan test kunne også bruges i biografer eller sportsbegivenheder. "Følsomheden og specificiteten skulle forbedres," siger Wurtz, "men følsomheden og specificiteten af ​​de tests, vi har lige nu, er ikke for god, og tiden og forsinkelsen er betydelig."

Den åndedrætslignende prototype bruger guld nanopartikler på sin sensor, og for Robinson rejser det et par spørgsmål. "Hvor dyre er disse tests?" hun siger. ”Hvor ofte skal disse sensorer udskiftes? Kan vi skalere en test som denne op til et meget, meget højt niveau? Jeg har et spørgsmål om, hvorvidt dette er en bæredygtig løsning. ”

Wurtz er enig i, at det er for tidligt at sige, om vi tager COVID-19 åndedrætsværn, før vi går i skole eller arbejde eller en koncert. ”Jeg bliver ikke så begejstret for disse ting,” siger hun. "Men som et område med efterforskning synes jeg, det er lovende."