Wykonalność i wydajność analityczna TestNPass (IVDMD) do diagnozy CoViD-19 na próbce śliny (GraphealNpas)

RZECZYWISTA WIEDZA NA TEMAT STRATEGII DIAGNOSTYCZNYCH Rzeczywista strategia szybkiej i dokładnej diagnostyki opiera się głównie (prawie wyłącznie) na testach opartych na RT-PCR. Francuska Rada Naukowa doradzająca rządowi krajowemu w zarządzaniu tą epidemią przywróciła 3 września trójosiową politykę: „Testuj – Śledź – Izoluj” jako centralną odpowiedź na postęp COVID-19. Strategia ta jest również odpowiedzią promowaną przez WHO od marca. Właściwie zastosowane podejście to pozwala na wysoką wydajność w identyfikowaniu przypadków pozytywnych i wykrywaniu łańcuchów transmisji, umożliwiając w ten sposób specyficzną izolację i kwarantannę zakaźnych pacjentów. Oczekiwanym rezultatem jest powstrzymanie epidemii, umożliwiające ożywienie gospodarcze i ochronę populacji.

Wzrost zdolności francuskich laboratoriów w zakresie ich zdolności do wykonywania wymaganych testów został osiągnięty od pierwszych dni COVID-19. Od 10 sierpnia osiągnęliśmy tempo 100 000 codziennych testów w całym kraju i osiągnęliśmy szczyt powyżej 300 000 testów dziennie od 26 października (Santé Publique France).

Jednak konieczność ponownego zablokowania całej populacji Francji jest pokazem ograniczeń tej strategii. Problemy można streścić w kilku kluczowych punktach:

• Kłopoty z wykonaniem tylu testów, ile potrzeba na całym terytorium kraju, okazały się trudne i nie pozwalają na kontrolowanie lokalnych wybuchów epidemii
• Powtarzalne pobieranie próbek od bezobjawowych pacjentów w celu potwierdzenia klirensu wirusa i braku wydalania wirusa rodzi poważne pytania dotyczące wykonalności
• Konieczność pobierania wysokiej jakości próbek do testów RT-PCR dokładnie docierających do jamy nosowo-gardłowej wymaga przeszkolonego personelu, którego dostępność jest ograniczona. Pobieranie wymazów pozostaje ważnym wąskim gardłem w całym kraju.
• Znaczne zużycie środków ochrony indywidualnej przez personel pobierający próbki powoduje niepotrzebne napięcie w łańcuchach dostaw W świetle tych kwestii istnieje pilna potrzeba przejścia od testów RT-PCR do nowych technik diagnostycznych, które są w stanie zająć się wyżej wymienionymi kluczowymi problemy. Szybkie testy antygenowe są już oceniane i stosowane w niektórych placówkach iw ściśle kontrolowanych warunkach. Testy te mają jednak istotne ograniczenia, a ich stosunkowo niska czułość w warunkach rzeczywistych (około 60% pozytywnej zgodności z RT-PCR w przypadku testów o najwyższej wydajności) jest problemem, który należy szybko rozwiązać, aby nie zagrozić wysiłkom podejmowanym w celu szeroko zakrojonych testów i zachować zaufanie opinii publicznej. Co więcej, szybkie testy antygenowe dostarczają wyników w czasie od 15 do 30 minut, znacznie szybciej niż tradycyjne RT-PCR, ale wciąż niewystarczające do masowych testów populacyjnych w zatłoczonych miejscach i miejscach publicznych (lotniska, pokazy i imprezy sportowe).

INFORMACJE O URZĄDZENIU MEDYCZNYM

Vincent BOUCHIAT jest liderem zespołu, byłym starszym badaczem i głównym badaczem we francuskiej agencji naukowej CNRS w dziedzinie materiałoznawstwa i fizyki. W 2019 roku założył start-up (Grapheal) w Grenoble, aby upcyklingować swoją podstawową pracę nad unikalnymi właściwościami grafenu, umożliwiając syntezę polimerów elektronicznych o biozgodności i zdolnościach do wykrywania biologicznego. Ta praca jest chroniona patentem we współpracy z lokalnym uniwersytetem (UGA), który zapewnia zrównoważony rozwój takiej technologii.

Od marca 2020 r. Grapheal pracuje nad jednorazowym bioczujnikiem o nazwie „TestNPass cyfrowy pasek testowy Covid Ag”, umożliwiającym szybkie wykrywanie SARS-CoV-2. Ten bioczujnik wykorzystuje elektroniczne wykrywanie dopasowania biochemicznego między specyficznymi przeciwciałami skierowanymi przeciwko wirusowi. Dokowanie wirusa przez stabilizowane przeciwciała prowadzi do zmiany przewodnictwa w obwodzie elektronicznym czujnika, podobnie jak w pracy Seo i kolegi. Ta zmiana przewodnictwa elektrycznego jest mierzona przez ultraprzenośny i autonomiczny obwód, który można sparować z komputerem lub smartfonem w celu dalszej analizy.

Dowodem słuszności koncepcji urządzenia były eksperymenty in vitro polegające na połączeniu komercyjnych próbek zawierających rekombinowane białka strukturalne wirusa SARS-CoV-2 z elektrodami wykrywającymi jednorazowego antygenowego paska testowego po rozcieńczeniu w roztworze soli fizjologicznej (PBS). Testowane próbki z białkami nukleokapsydu i Spike były w stanie wywołać zmianę przewodnictwa, umożliwiając w ten sposób wykrycie zastępczego wirusa. Stężenia białka zostały dostosowane tak, aby odpowiadały stężeniom in vivo, a także wykonano ważną pracę, aby zapewnić niezawodne przetwarzanie sygnału i powtarzalność pomiaru.

Szyfrowanie wyniku w pokładowych obwodach przetwarzających urządzenia pozwala na opracowanie urządzenia w pełni zgodnego z ochroną danych osobowych i spełniającego wymagania RODO od samego początku.

WYKONALNOŚĆ I DOŚWIADCZENIE ZAANGAŻOWANYCH ZESPOŁÓW:

Zespół z Grapheal jest goszczony w inkubatorze BioPolis, którego obecność w pobliżu Grenoble Teaching Hospital (CHUGA) pozwala na wąską współpracę. Ten start-up podkreśla wydajność technologii biodetekcji opartych na polimerach grafenu. Zespół Grapheal liczy 7 członków, wszyscy z tytułem doktora nauk biologicznych lub fizyki. Zespołem kieruje Vincent BOUCHIAT, były główny badacz francuskiej Narodowej Agencji Badań Naukowych (CNRS). Zespół został uhonorowany nagrodami i wyróżnieniami, w tym konkursem i-lab 2020 organizowanym przez francuskie Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego za innowacyjne technologie.

W tym projekcie zespół połączył swoje siły ze specjalistami od IVD i wyrobów medycznych, a także kompetentnym wsparciem ze strony specjalistów ds. regulacji. Ostatecznie zespół zwrócił się o pomoc do zespołu wirusologicznego ze Szpitala Uniwersyteckiego w Grenoble (CHUGA) w celu przygotowania obecnego badania sprawdzającego słuszność koncepcji, pierwszego tego rodzaju przeprowadzonego na próbkach ludzkich.

Zespół wirusologów ze szpitala uniwersyteckiego w Grenoble (CHUGA) jest pionierem w opracowywaniu testów molekularnych do diagnostyki wirusowej. Niektóre z obecnie klasycznych metod PCR i RT-PCR, szeroko stosowanych w rutynowej diagnostyce we Francji, zostały opracowane w naszym zespole i laboratorium. Techniki te i zestawy PCR marki BioMérieux zostały opracowane przez współpracowników naszego laboratorium, dzięki czemu posiadamy szerokie doświadczenie w technice diagnostycznej i technologiach molekularnych.

Diagnostyka zakażenia SARS-CoV-2 prowadzona jest w naszym laboratorium od początku pandemii. Z pierwszymi zakażonymi pacjentami z Francji mamy do czynienia już 8 lutego 2020 r. Od tego czasu diagnostyka tych pacjentów znacznie się poprawiła, a wykrywanie SAR-CoV-2 jest obecnie wykonywane jako regularne codzienne badanie z niespotykaną dotąd szybkością. Wraz z rozwojem najnowocześniejszych technik, w tym testów neutralizacji pseudowirusów, nasz zespół posiada obecnie wysoce wykwalifikowaną wiedzę specjalistyczną w zakresie pytań dotyczących COVID-19.

Zarówno zespoły mikrobiologiczne, jak i kliniczne z CHUGA opracowują projekty badawcze i dane dotyczące pandemii COVID-19. Rozpoczęto ponad 10 badań klinicznych, a połowa z tych protokołów obejmuje obecnie pacjentów na co dzień. Jeden z nich został zamknięty po włączeniu ponad 200 podmiotów. Ponadto rozwinięto współpracę, aby objąć ponad 50 wspólnych projektów badawczych ze współpracownikami we Francji. Wśród nich ogólnopolskie projekty DISCoVery i French-COVID były głównymi protokołami, w których osiągnęliśmy oczekiwane cele.

W sumie te przeszłe doświadczenia są kluczem do przyszłego sukcesu w niniejszym badaniu.

HIPOTEZA BADAWCZA

Niniejsze badanie ma główny cel wykazania wykonalności urządzenia Grapheal TestNPass do dokładnego rozróżnienia infekcji SARS-CoV-2 w badanej populacji. Jeśli wynik będzie rozstrzygający, oceniany test może pomóc wykryć, a tym samym ograniczyć rozprzestrzenianie się wirusa na terytorium kraju.

Podstawowa hipoteza jest następująca: wiązanie między przeciwciałem skierowanym przeciwko białkom wirusowym a samym wirusem jest wystarczające, aby wygenerować w półprzewodniku na bazie grafenu zmianę przewodnictwa, która jest mierzalna i powtarzalna. Ten prąd elektryczny można zatem wykorzystać jako substytut infekcji wirusowej, wydalania wirusa i zakaźności wirusowej. Otrzymany wynik w postaci impulsu elektrycznego można łatwo przenieść na urządzenie do wyświetlania cyfrowego.

Jednocześnie niniejsze badanie ujawni niektóre z następujących elementów:

• Kluczowe informacje dotyczące ergonomii urządzenia do dalszego rozwoju i doskonalenia. To badanie jest pierwszym użyciem poza zespołem Grapheala, więc opinie użytkowników będą bardzo pomocne we wspieraniu przyszłego rozwoju urządzenia.
• Wstępne dane dotyczące wydajności analitycznej. Jeśli głównym celem niniejszego badania jest wykazanie wykonalności diagnozy COVID-19 za pomocą urządzenia, zostaną oszacowane kluczowe daty wykonania, takie jak czułość, swoistość, pozytywna i negatywna zgoda. Będzie to stanowić solidną podstawę zarówno dla przyszłych badań, jak i zatwierdzenia przez agencje regulacyjne