Erik Reisdorf, główny wirusolog w Laboratorium Higieny Stanu Wisconsin, przetwarza próbki do testów na obecność COVID-19. Fot: John Maniaci, UW Health

Jako że COVID-19 zainfekował ponad 1 milion ludzi na całym świecie – i ponad 2500 mieszkańców Wisconsin – od końca grudnia 2019 roku, wszystko, od wymazów z nosa i gardła do substancji chemicznych, lub odczynników, potrzebnych do przeprowadzenia testów na tę chorobę, jest w niedoborze.

Alana Sterkel, asystent dyrektora w dziale chorób zakaźnych w Państwowym Laboratorium Higieny Wisconsin na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, który przeprowadził tysiące testów na COVID-19 w stanie, mówi, że potrzebujemy szerzej dostępnych testów, aby zrozumieć i ograniczyć pandemię. Chociaż globalny wzrost zapotrzebowania na materiały do testowania utrudnił przeprowadzenie testu w wielu miejscach, koledzy z WSLH na uniwersytecie włączyli się do akcji, aby utrzymać dostępność testów w Wisconsin.

Testowanie na COVID-19 wymaga specjalistycznego sprzętu, aby pomóc naukowcom i klinicystom wykryć wirusa i wykonać wystarczającą ilość kopii jego materiału genetycznego do pomiaru. Kolorowe linie na komputerze pokazują wyniki testów na obecność COVID-19. Fot: John Maniaci, UW Health

W normalnych warunkach, test jest prostą procedurą laboratoryjną zaprojektowaną do namierzenia konkretnego wirusa.

Wykrywanie wirusa w próbce z nosa lub gardła zakażonego pacjenta wymaga umiejętności identyfikacji śladowych ilości jego materiału genetycznego przy użyciu procesu zwanego łańcuchową reakcją polimerazy. W przypadku koronawirusów, takich jak ten, który powoduje COVID-19, ten materiał genetyczny jest cząsteczką zwaną RNA.

Kyley Guenther, wirusolog w Państwowym Laboratorium Higieny w Wisconsin, przygotowuje próbki wirusa oddechowego do pracy w Krajowym Ośrodku Referencyjnym ds. Grypy. Fot: John Maniaci, UW Health

Aby wykonać test, naukowcy muszą najpierw przekształcić RNA wirusa w DNA, a to wymaga enzymu, który przekłada jeden rodzaj kodu genetycznego na drugi. Enzym ten nazywa się odwrotną transkryptazą i został odkryty w 1970 roku przez wirusologa UW-Madison i laureata Nagrody Nobla Howarda Temina wraz z jego kolegą Davidem Baltimore w Massachusetts Institute of Technology.

Wymaga on również maszyny zwanej termocyklerem, która pozwala naukowcom na wykonanie wielu kopii materiału genetycznego, aby było go wystarczająco dużo do pomiaru. Inne odczynniki są niezbędne do stabilizacji i zakończenia reakcji.

Byłoby stosunkowo łatwo zwiększyć lokalne możliwości testowania, gdyby nowy wirus uderzył tylko w jedną część świata. Ale tak się nie stało.

„Równocześnie, na całym świecie, każdy próbował kupić te same materiały w tym samym czasie”, mówi Sterkel.

Jednakże, koledzy WSLH z całego uniwersytetu rzucili się do pomocy, przekazując niektóre z niezbędnych odczynników, materiałów eksploatacyjnych i nie tylko. Jednym z największych partnerów było Weterynaryjne Laboratorium Diagnostyczne Wisconsin, które wypożyczyło sprzęt i odczynniki oraz zapewniło szkolenia dla WSLH.

Przekaźnikowy obraz mikroskopu elektronowego izolatu z pierwszego amerykańskiego przypadku COVID-19. Kuliste cząstki wirusowe, zabarwione na niebiesko, zawierają przekroje przez genom wirusowy, widoczny jako czarne kropki. CDC / Hannah A Bullock; Azaibi Tamin

WVDL również podjął się produkcji wirusowych mediów transportowych, które zachowują próbki pacjentów do testów – kluczowe wąskie gardło w wielu miejscach. Laboratorium prowadzi dokładnie takie same rodzaje testów na choroby u zwierząt i od dawna produkuje podobne zestawy testowe dla partnerów w całym stanie. Zespół ośmiu do dziesięciu pracowników jest teraz w stanie wyprodukować do 10,000 zestawów tygodniowo.

WVDL był w stanie wykonać swoje pierwsze partie zestawów testowych przy użyciu materiałów na rękę, jak tylko WSLH ich potrzebował i wysłał w świeżych materiałów, aby utrzymać produkcję mediów tak długo, jak to konieczne. Laboratorium kontynuuje również wypełnianie swoich obowiązków w zakresie badań na zwierzętach.

„Mieliśmy już silne relacje współpracy z Wisconsin State Laboratory of Hygiene,” mówi Keith Poulsen, dyrektor WVDL i profesor w UW School of Veterinary Medicine. „Ta relacja ułatwiła radzenie sobie w trudnych czasach, takich jak ten.”

Chociaż globalny wzrost popytu na materiały do testowania sprawił, że test stał się trudniejszy do przeprowadzenia w wielu miejscach, koledzy WSLH na uniwersytecie wbili się w ziemię, aby utrzymać testy dostępne w Wisconsin.

Szpital UW i WSLH również ściśle ze sobą współpracowały. Oni wymienili materiały by pozwolić zarówno WSLH jak i laboratorium kliniczne szpitala UW by kontynuować testowanie pacjentów. WSLH dostarczyło materiały walidacyjne i edukacyjne do UW Health oraz do dziesiątków innych systemów opieki zdrowotnej w całym stanie, aby zwiększyć ogólnostanowe możliwości testowania.

I WSLH otrzymało wsparcie z wewnątrz własnych szeregów. Inne działy w agencji zaoferowały czas, materiały i doświadczenie, aby pomóc w testowaniu.

Nowe szybkie testy zaczynają się toczyć, Sterkel mówi, i to może poprawić zdolność laboratoriów szpitalnych do diagnozowania próbek pacjentów. Testy te mogą dostarczyć pracownikom służby zdrowia i ich pacjentom wyniki w ciągu zaledwie pięciu minut. Są one również łatwe w użyciu i znane lekarzom i pielęgniarkom, którzy od lat używają podobnych testów w przypadku infekcji takich jak grypa. W miarę jak te szybkie testy wchodzą do sieci, WSLH będzie je włączać, aby pomóc w szybkiej diagnozie, gdy czas jest najważniejszy.

Błyskawiczne testy mogą również zmniejszyć pewną presję na globalne zapotrzebowanie na materiały, ponieważ polegają na innym łańcuchu dostaw niż obecna, bardziej pracochłonna metoda testowania. Jednak, jeden element wszystkie testy mają wspólne jest nos i gardło wymazy używane do zbierania próbek od pacjentów. Wymazy pozostają w niedoborze.

Koledzy WSLH na całym uniwersytecie wstąpili, aby pomóc, przekazując niektóre z niezbędnych odczynników, dostaw i więcej.

WSLH będzie nadal oferować testy oparte na wykrywaniu reakcji łańcuchowej polimerazy. To dlatego, że pozostaje ona podstawą do reagowania na rozwijające się infekcje. Jest adaptowalny i może być szybko skierowany na nowe wirusy.

„To pozwoliło nam rozpocząć testowanie (dla nowego koronawirusa) przed kimkolwiek innym w stanie. Jest to również znacznie tańsze niż te szybkie zestawy, co pozwala nam oferować bezpłatne testy. I jest łatwiejszy do skalowania niż szybkie metody, co oznacza, że możemy przetestować wiele więcej osób w ciągu jednego dnia,” mówi Sterkel.

Na razie, WSLH nadal testuje setki próbek dziennie, nie tylko dla COVID-19, ale także dla innych chorób zakaźnych, które wpływają na zdrowie mieszkańców stanu. Laboratorium pozostaje wdzięczne za siłę swojego wyjątkowego partnerstwa.

„To była niesamowita współpraca ludzi, którzy przychodzą, aby połączyć się w celu zaspokojenia potrzeb stanu”, mówi Sterkel.

.