Nowoczesne technologie w diagnostyce choroby wywołanej przez wirusa Ebola

Rozwój nowoczesnych technologii diagnostycznych w chorobie wywołanej przez wirusa Ebola został znacząco przyspieszony przez doświadczenia z epidemii w Afryce Zachodniej w latach 2014-2016¹. Bezprecedensowa skala tej epidemii wykazała pilną potrzebę opracowania szybkich, dokładnych i łatwo dostępnych metod diagnostycznych, które mogą być stosowane bezpośrednio w miejscu opieki nad pacjentem¹. W odpowiedzi na te wyzwania powstało wiele innowacyjnych rozwiązań technologicznych.

Technologia rekombinazy polimerazowej (RPA)

Jedną z najbardziej obiecujących innowacji w diagnostyce Eboli jest technologia rekombinazy polimerazowej (RPA – Recombinase Polymerase Amplification)². RPA to szybka technologia amplifikacji izotermicznej, która może być połączona z przenośną technologią detekcji przepływu bocznego². Główną zaletą tej technologii jest jej szybkość – jest sześć razy szybsza niż standardowy RT-PCR, osiągając podobną czułość analityczną i swoistość³.

Test oparty na technologii RPA może być wykonany w ciągu 20-30 minut i wykazuje imponującą dokładność diagnostyczną⁴. W badaniach klinicznych test EBOV-RPA wykazał 97% czułość i 97% swoistość dla wszystkich badanych próbek EVD⁴. Dodatkowo, dla próbek o wartościach Ct ≤34 (reprezentujących 94,1% próbek), czułość wynosiła 100% dla obu typów próbek⁵.

Test RPA został wdrożony w Konakry oraz podczas kampanii organizowanych przez komitet koordynacyjny w prefekturach Forecariah, Coyah, Dubreka i Boke w Gwinei³. Przeszkolony personel następnie wykorzystywał test RPA do nadzoru nad Ebolą w Gwinei, co pokazuje praktyczną użyteczność tej technologii w warunkach terenowych.

Platforma LAMP

Platforma LAMP (Loop-mediated isothermal amplification) stanowi kolejną obiecującą technologię w diagnostyce Eboli⁶. Jako reakcja izotermiczna, LAMP nie wymaga precyzyjnego oprzyrządowania i może być stosowana jako narzędzie diagnostyczne typu „point-of-care”⁶. Ta cecha czyni ją szczególnie wartościową w warunkach ograniczonej infrastruktury laboratoryjnej, charakterystycznej dla regionów endemicznych.

Technologia LAMP oferuje możliwość wykonania testu diagnostycznego z wykorzystaniem jedynie bloku grzewczego i wirówki, co znacząco zmniejsza wymagania infrastrukturalne i techniczne zwykle związane z testami opartymi na RT-PCR⁷. To sprawia, że test może być wdrożony w laboratoriach dystryktowych i podstawowych służb zdrowia.

Zautomatyzowane systemy diagnostyczne

Rozwój zautomatyzowanych systemów diagnostycznych stanowi znaczący postęp w uproszczeniu procesu diagnostycznego. System GeneXpert został opracowany i przetestowany w warunkach terenowych⁸. Xpert Ebola to zautomatyzowany system oparty na kartridżach, który wymaga minimalnych umiejętności laboratoryjnych⁸.

Takie systemy znacząco zmniejszają ryzyko błędów ludzkich i umożliwiają wykonywanie testów przez personel o ograniczonej wiedzy specjalistycznej. Automatyzacja procesu diagnostycznego ma szczególne znaczenie w warunkach epidemii, gdy istnieje pilna potrzeba szybkiego przeszkolenia dodatkowego personelu diagnostycznego.

Szybkie testy antygenowe nowej generacji

W 2019 roku FDA (Food and Drug Administration) zatwierdziła do obrotu pierwszy szybki test diagnostyczny do wykrywania antygenów wirusa Ebola – OraQuick Ebola Rapid Antigen Test⁹. Test ten może wykrywać antygeny wirusa Ebola w krwi ludzkiej od żywych osób oraz w próbkach płynu ustnego od zmarłych osób podejrzanych o śmierć z powodu Eboli⁹.

Test OraQuick Ebola dostarcza szybką, presumpcyjną diagnozę, która musi zostać potwierdzona⁹. Badania wykazały znaczenie testowania tylko pacjentów objawowych, aby ilość wirusa była wystarczająco wysoka do wykrycia przez ten test¹⁰. Test jest przeznaczony do użytku u pacjentów z podejrzeniem i objawami zgodnymi z EVD, którzy spełniają kryteria epidemiologiczne CDC.

Opracowano również nowy test immunologiczny oparty na immunochromatografii połączonej z technologią wzmocnienia srebrnego do wykrywania wydzielanej glikoproteiny EBOV¹¹. Granica wykrywalności osiągnięta przez ten zestaw wynosi 2,2 x 10^4 kopii genomu/ml w osoczu¹¹. Ocena wydajności klinicznej wykazała swoistość 100% i czułość 85,7% przy czasie do otrzymania wyniku testu wynoszącym 15 minut¹².

Mobilne laboratoria i diagnostyka terenowa

Mobilne laboratoria diagnostyczne odegrały kluczową rolę podczas ostatnich epidemii Eboli¹³. Główne zalety mobilnego laboratorium to centralizacja diagnostyki i szybkie dostarczanie wyników, podczas gdy główne wady dotyczą trudności w uzyskaniu środowiska z ujemnym ciśnieniem¹³.

Jedną z lekcji wyciągniętych z doświadczeń mobilnych laboratoriów testowych podczas epidemii 2014-2016 było to, że molekularne systemy testów diagnostycznych wymagają zapewnienia jakości¹⁴. Oprócz braku walidacji, szkolenia i materiałów kontroli jakości w laboratoriach, deweloperzy testów diagnostycznych nie mieli również dostępu do materiałów stanu chorobowego potrzebnych do opracowania testów.

Technologie optyczne i biosensoryczne

Najnowsze badania koncentrują się na rozwoju innowacyjnych technologii detekcji opartych na zasadach optycznych. Opracowano nowe narzędzie wykorzystujące tak zwane optyczne mikrorezonatory pierścieniowe, które może szybko i niezawodnie identyfikować obecność wirusa Ebola w próbkach krwi¹⁵. Technologia ta potencjalnie może zostać rozwinięta w szybki test diagnostyczny na śmiertelną chorobę wywołaną przez wirusa Ebola.

Kluczem było znalezienie właściwej cząsteczki. Obecne testy diagnostyczne wykrywają materiał genetyczny wirusa lub glikoproteinę produkowaną przez wirusa, ale nie są niezawodne, dopóki wirus nie pomnoży się do wysokich poziomów w organizmie, co może potrwać dni¹⁵. Nowa technologia może wykryć glikoproteinę tak wcześnie lub wcześniej niż najbardziej czuły test na materiał genetyczny wirusa, a test trwa tylko 40 minut od początku do końca¹⁵.

Systemy multiplex i diagnostyka różnicowa

Jednym z najważniejszych kierunków rozwoju nowoczesnych technologii diagnostycznych jest możliwość jednoczesnego wykrywania wielu patogenów. Opracowano system diagnostyczny, który może wykrywać i różnicować praktycznie każdą kombinację patogenów – bakteryjnych, wirusowych, grzybiczych lub pasożytniczych¹⁶.

System ten analizuje „kod kreskowy” światła odbijającego się od próbki i zapewnia odczyt obecności pasożytów malarycznych lub wirusów Ebola, Marburg lub Lassa¹⁶. Od pobrania próbki do końcowego odczytu cały proces można ukończyć w pół godziny lub krócej¹⁶. Kluczową zaletą tej platformy jest zdolność do wykrywania wielu śmiertelnych infekcji z jednej próbki pacjenta zawartej w jednej probówce testowej.

Perspektywy rozwoju i wyzwania

Pomimo znaczących postępów w technologiach diagnostycznych, nadal istnieją wyzwania do pokonania. Dokładność obecnych testów nie jest jeszcze optymalna i często wymagają one potwierdzenia testem molekularnym¹³. Przyszłe platformy diagnostyczne, takie jak zautomatyzowane NAAT i szybkie testy wykrywania antygenów, które mogą być wykorzystywane w zdecentralizowanych placówkach opieki zdrowotnej o minimalnej infrastrukturze laboratoryjnej, prawdopodobnie odegrają znaczącą rolę¹⁷.

Rozwój technologii diagnostycznych musi iść w parze z programami szkoleniowymi dla lokalnych techników laboratoryjnych w zakresie technik diagnostyki molekularnej, praktyk bezpieczeństwa biologicznego i kontroli jakości¹⁷. Tylko takie kompleksowe podejście może zapewnić skuteczne wdrożenie nowych technologii w warunkach rzeczywistych epidemii.