低成本診斷測試
COVID-19 大流行讓人們認識到廉價、「足夠好」的疾病檢測方法的價值。 將這種方法推廣到其他疾病可以改善低收入和中等收入國家的醫療保健。
邁克爾·愛森斯坦 / 2023 年 11 月 27 日 / 展望 / 自然
瘧疾快速診斷測試在醫療保健機會有限的地區發揮重要作用。
圖片來源：Sadak Souici/Le Pictorium/Alamy
沒有人喜歡用拭子在鼻子裡旋轉來檢測是否有 COVID-19，但許多人有理由對在大流行最嚴重時期進行的家庭診斷測試心懷感激。使用者無需離開家，即可在 15 分鐘內了解自己是否感染了冠狀病毒，以及是否有使朋友或家人接觸到 COVID-19 的風險。
醫療診斷
這些快速抗原檢測的準確性遠低於基於實驗室的診斷。但在許多國家，它們填補了醫療保健系統的嚴重空白，使輕症或無症狀的人遠離不必要的醫療服務。「在大流行期間，我不得不舉辦如此多的網路研討會，並與如此多的政府討論我們如何不試圖將快速抗原測試作為第二好的工具來使用，」倫敦衛生與熱帶醫學院診斷研究主席 Rosanna Peeling 說。
不幸的是，低收入和中等收入國家 (LMIC) 的許多人發現自己很難獲得任何類型的檢測——無論是家庭檢測還是實驗室檢測。這個問題早在 COVID-19 之前就已經存在了。南非比勒陀利亞大學的診斷專家蒂瓦尼·馬沙姆巴–湯普森說：「我們實際上已經在應對一場大流行了」。「我們生活在愛滋病毒流行和結核病流行之中——這些都需要相同的系統，但什麼都沒有準備好」。與富裕國家不同的是，在中低收入國家，簡單的現場診斷測試不僅僅是權宜之計，因為進入設備齊全的診所和醫院的機會有限，它們可能是唯一的選擇。事實上，馬沙姆巴–湯普森說，她在林波波省鄉村的一個村莊長大，至今還沒有診所。
英國格拉斯哥大學的生物醫學工程師喬納森·庫珀 (Jonathan Cooper) 認為，如果針對COVID-19 的技術可以廣泛應用於其他疾病的低成本現場一站式診斷，那麼這種缺乏測試的情況可能會成為一種不愉快的記憶。他說：「這場大流行顯示，你可以相對快速地進行測試，並相對成功地通過監管途徑」，一個明確的機會。但將實驗室概念轉化為現實世界的公共衛生成功仍然極為困難，特別是對於世界上資源最有限地區的人們來說。
尋求安慰
2004 年，Peeling 和她的同事創造了縮寫 ASSURED 來描述用於中低收入國家的性傳播感染 (STI) 快速診斷測試的關鍵考慮因素。研究人員規定，測試應該是負擔得起的、敏感的、具體的、使用者友善的、快速的、無需設備的，並且可以交付給有需要的社區。這些標準很快就被應用到一般的一站式照護點診斷分析。大約十年後，它們更名為 REASSURED，以適應另外兩個優先事項：即時報告功能和輕鬆的樣本收集。
研究人員測試如何在烏干達農村的一所學校中使用他們的快速等溫擴增瘧疾測試。
圖片來源：Jonathan Cooper
儘管這些首字母縮略詞在開發測試時提供了有用的參考點，但不可能有任何技術可以滿足所有要求。權衡是不可避免的，檢測在一個領域的表現的適當閾值將取決於它在另一個領域的得分。例如，僅提供適度敏感性的診斷（例如在家中進行的 COVID-19 檢測）如果能夠大幅擴大接受適當後續照護的人群，仍然可以帶來巨大的公共衛生勝利。「世界上仍有一些地區根本無法進行診斷測試，」庫柏說。
一些有效的低成本診斷方法已經廣泛使用，其中包括每次檢測成本略高於 2 美元的瘧疾快速檢測方法。但許多市售快速診斷系統——即使是那些對中低收入國家產生影響的系統——也達不到 REASSURED 的標準。
例如，Peeling 表示，用於檢測病毒和細菌 DNA 和 RNA 的 GeneXpert 平台在資源有限的環境中「徹底改變了結核病的診斷」。然而，該系統由加州桑尼維爾市的 Cepheid 開發，通常在正規醫療中心使用，並且需要昂貴（高達 15,000 美元）的儀器，而且儀器體積龐大，需要穩定的供電。「它們不太適合背著背包進入小村莊的人，」西雅圖華盛頓大學的生物醫學工程師保羅·雅格 (Paul Yager) 說。開發的測試的加州聖荷西的維斯比醫療中心在治療性傳染感染和呼吸道感染方面已不再需要使用儀器。使用者可以直接閱讀獨立測試，但每個測試的篩選成本約為 80 美元。
尋找快車道
正在開發的新一代檢測方法可以在不犧牲太多其他標準的情況下降低檢測成本。位於班加羅爾的印度科學研究所的化學工程師 Bhushan Toley 表示，印度政府正在推動費用低於 4 美元的結核病檢測。「要達到這些價格點確實很困難，」他說，並補充說，特別是低收入地區的利潤可能會更窄。「在美國進行壹美元測試似乎非常便宜，但在其他地方可能會也可能不會」。
作為拉丁美洲試驗的一部分，一名研究人員解釋瞭如何在厄瓜多爾使用等溫 DNA 擴增測試設備來檢測玆卡病毒和屈公熱病毒。圖片來源：Pardee Lab., Univ. 多倫多
作為玻璃和塑膠等標準實驗室材料的替代品，許多團體透過在紙張上進行測試來削減成本，紙張自然吸收液體，並且可以使用噴墨列印等工具透過通道、試劑和其他元件精確地成型和圖案化。事實上，紙本檢測在妊娠測試和家庭 COVID-19 診斷中已經很常見。同時，Yager 指出蛋白質工程和配方的進步使得以穩定、乾燥的形式儲存酵素和其他關鍵試劑變得越來越簡單，在重新水化時可以快速恢復正常功能。這可以消除對冷藏的需求，簡化離網地點的運輸和儲存。
大多數家庭 COVID-19 檢測都是側流抗原檢測檢測，將樣本中的液體添加到含有針對 SARS-CoV-2 病毒刺突蛋白的染料標記抗體的儲液器中。如果該蛋白質存在，它會與這些抗體結合，並透過毛細管作用沿著紙張流動，直到到達檢測區域：另一條抗體條帶捕獲標記的病毒蛋白質並產生獨特的彩色條紋作為讀數。此類測試是現代診斷的支柱。但抗原測試也很難更新，如果病原體發生變化，就需要付出相當大的努力來開發新的抗體。庫柏引用了瘧疾的例子：致病寄生蟲惡性瘧原蟲的進化——特別是hrp2和hrp3基因的丟棄——使其能夠通過針對這些基因編碼的抗原的快速診斷測試來逃避診斷。
與抗原測試相比，基於核酸的測試更容易適應不斷變化的目標，且靈敏度更高。大多數實驗室測試使用一種稱為聚合酶鍊式反應 (PCR) 的過程來快速將微量病原體 DNA 或 RNA 擴增至可檢測水平。然而，PCR