Die zentralen Thesen
- Forscher untersuchen ein Alkohol-ähnliches Gerät zum Nachweis von COVID-19.
- Das Gerät ist darauf trainiert, eine COVID-Signatur basierend auf flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) im Atem zu unterscheiden.
- Ein Atemtest könnte in Zukunft einen Platz beim Virus-Screening haben, möglicherweise an überfüllten Orten.
Das einzige, was so frustrierend ist, wie das Warten, um herauszufinden, ob Sie positiv auf das Coronavirus getestet wurden, was Tage dauern kann, ist möglicherweise, den Test überhaupt zu überstehen. Der häufigste COVID-19-Test beinhaltet einen langen Tupfer, der in Ihr Nasenloch gesteckt wird, um Sekrete aus Ihrem Nasen- und Rachenraum zu sammeln, nicht gerade ein angenehmes Gefühl. Aber Forscher gehen mit einfacheren Methoden neue Wege. Man könnte den Atem auf Alkohol testen
Es ist die Idee, dass Sie COVID-Atem haben, sagt Makeda Robinson, MD, PhD, eine Stipendiatin für Infektionskrankheiten an der Stanford University, gegenüber Health-huh.com. Es wurde bereits gezeigt, dass Viren und mit Viren infizierte Zellen diese flüchtigen organischen Verbindungen oder VOCs in Ihren Atem abgeben können.
Forscher haben eine kleine frühe Studie an einem Alkohol-ähnlichen Gerät entwickelt und durchgeführt, um das Vorhandensein von SARS-CoV-2, dem Virus, das COVID-19 verursacht, schnell nachzuweisen. Die Ergebnisse wurden kürzlich in ACS Nano, einer Publikation der American Chemical Society, veröffentlicht.
Wie es funktioniert
Das Gerät verfügt über einen Sensor aus Nanomaterialien, die mit VOC-empfindlichen Molekülen verbunden sind. Wenn VOCs aus dem Atem mit dem Sensor interagieren, ändert sich der elektrische Widerstand und erzeugt ein Muster. Die Forscher trainierten den Sensor mit maschinellem Lernen, um wichtige Unterschiede in der Ausatemluft zu erkennen und anhand der elektrischen Widerstandssignale eine mögliche COVID-19-Signatur zu identifizieren.
Um den Sensor so zu trainieren, dass er die mögliche COVID-19-Signatur erkennt, haben die Forscher drei Gruppen ausgewählt: 49 Patienten mit bestätigtem COVID-19, 58 gesunde Personen und 33 Patienten mit einer Nicht-COVID-Lungeninfektion. Jeder Teilnehmer blies für einige Sekunden in den Prototypen. Als nächstes mussten die Forscher feststellen, ob die potenzielle COVID-Signatur des Prototyps korrekt war, also testeten sie das Gerät an einer kleineren Anzahl der 140 Teilnehmer.
Ist es genau?
Bei der Unterscheidung von COVID-19-Fällen von der Kontrollgruppe gesunder Personen war das Gerät zu 76 % genau. Der Sensor unterschied mit einer Genauigkeit von 95 % zwischen Personen mit COVID-19 und Personen, bei denen eine andere Art von Lungeninfektion diagnostiziert wurde, und mit einer Genauigkeit von 88 % zwischen genesenen und kranken COVID-19-Patienten.
Es liegt alles direkt auf der linken Seite der Entwicklungskurve, sagt Farley Cleghorn, MD, MPH, Epidemiologe und globaler Gesundheitschef bei Palladium, gegenüber Health-huh.com. Es ist der erste Bericht. Und obwohl es einige vielversprechende Daten zeigt, sagen selbst die Autoren selbst, dass wir eine größere Studie brauchen.
Der Test war am wenigsten genau bei der Bestimmung zwischen einer COVID-19-Infektion und gesunden Probanden. Die Studie verzeichnete eine Reihe von falsch positiven Ergebnissen, die zu einer Zunahme der Gesundheitsversorgung führen und unnötig zur Überlastung beitragen können, sagt Robinson. Aber falsch positive Ergebnisse könnten weniger besorgniserregend sein als vermisste Personen, die infiziert sind.
Wenn jemand unwissentlich [COVID-19] hat und in ein Flugzeug steigt oder wieder zur Arbeit geht, setzen Sie jetzt viele Menschen dem aus, sagt Robinson.
Was das für Sie bedeutet
In Zukunft können Sie möglicherweise einen Atemalkohol-ähnlichen Test auf COVID-19 machen. Derzeit können jedoch nur Testmethoden, die von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) eine Notfallgenehmigung (EAU) erhalten haben, Ergebnisse liefern.
Der Test kann helfen, Verbesserungen zu messen
Robinson sagt, sie sei besonders fasziniert von der Tatsache, dass der Sensor in der Lage war, bis zu einem gewissen Grad zwischen Patienten, die an COVID-19 erkrankt waren, und denen, die sich erholt hatten, zu unterscheiden.
Es könnte uns möglicherweise mehr darüber sagen, wie sich die Menschen im Laufe der Zeit verbessern oder nicht verbessern, sagt sie. Es ist nicht sicher, dass es dies tun könnte, aber ich denke, die Möglichkeit besteht.
Eine Einschränkung der anfänglichen Forschung besteht darin, dass sie viele Faktoren wie Alter, Geschlecht, ethnische Zugehörigkeit, Komorbiditäten und sogar den Ort, an dem der Test durchgeführt wird, nicht berücksichtigt. Dies ist eine so kleine Studie, die in Wuhan, China, an einer homogeneren Patientenpopulation durchgeführt wurde, sagt Robinson. Wir wissen nicht, ob der COVID-19-Atem dieses Gebiets dem anderer ähneln wird.
Wir können uns weiterentwickeln. Dieser Test kann mit der Zeit sogar noch besser werden.
Aber der Sensor kann möglicherweise trainiert werden, um diese Faktoren zu berücksichtigen. "Ich denke, das ist wirklich das Versprechen des maschinellen Lernens, sagt Robinson. Wir können uns weiterentwickeln. Dieser Test kann mit der Zeit sogar noch besser werden."
Eine willkommene Alternative zu Tupfern
Es besteht weiterhin Bedarf an besseren Testmethoden für SARS-CoV-2, insbesondere an Optionen, die weniger invasiv sind als der gefürchtete Nasen-Rachen-Abstrich.
Es sei sehr unangenehm, sagt Rebecca Wurtz, MD, MPH, außerordentliche Professorin an der School of Public Health der University of Minnesota, gegenüber Health-huh.com. Wenn es wirklich richtig aufgenommen wurde, sollten Sie den Tupfer ganz in den Rücken schieben und dann fünfmal schwenken.
Wurtz sagt, sie habe keine Studien dazu gesehen, vermutet jedoch Benutzerfehler bei der Sammlung, insbesondere bei bestimmten Drive-up-Teststellen, bei denen Sie den Tupfer tatsächlich selbst verabreichen. Ich denke, viele Labortechniker und Krankenschwestern und andere Leute, die selbst in einer kontrollierten Umgebung Proben nehmen, haben Angst, den Tupfer ganz zurück zu schieben und solche Beschwerden zu verursachen, sie
Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) hat 230 COVID-19-Tests, darunter 186 Molekular-, 40 Antikörper- und 4 Antigentests, eine Notfallgenehmigung (EAU) erteilt. Der in Entwicklung befindliche Atemtest fällt in keine dieser Kategorien.
Es gab eine Art zweite Welle, sagt Robinson über das Testen von Innovationen. Wir haben weitere Informationen erhalten, dass verschiedene Probentypen tatsächlich ähnliche Genauigkeiten aufweisen können. Und jetzt haben wir uns irgendwie gefragt: Ist das der beste und einzige Weg?
Die Probensammlung ist nur die halbe Miete. Obwohl neue und innovative Labormethoden in Arbeit sind, war der Goldstandard für diese Pandemie das Testen der reversen Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion (RT-qPCR). Die PCR ist laut FDA ein komplexer und zeitaufwändiger Prozess, bei dem Chemikalien und Maschinen in einem Labor verwendet werden. Bevor die Tests beginnen, müssen die Proben an ein geeignetes Labor geschickt werden, wo sie oft in einer Warteschlange stehen.
Cleghorn sagt, dass Labore einfach gesichert werden. Er ging vor etwa einem Monat zu einer kostenlosen COVID-19-Teststelle, erzählt er Health-huh.com. Die Bearbeitungszeit für die Ergebnisse auf dieser Site betrug etwa 10 Tage. In dieser Zeit könnten die Menschen das Zeitfenster verpassen, um alle richtigen epidemiologischen Kontrollmaßnahmen durchzuführen, die erforderlich sind, wenn jemand entweder positiv für Coronavirus ist oder exponiert wurde.
Die langen Durchlaufzeiten für die Ergebnisse beunruhigen Experten, zumal die Test-Positiv-Raten vielerorts in den USA immer noch hoch sind und die Erkältungs- und Grippesaison bald beginnt. Wir empfehlen, dass die Positivitätsrate nach Gerichtsbarkeit weniger als 5 % beträgt, erklärt Cleghorn unter Berufung auf den COVID-19-Benchmark, der von der Weltgesundheitsorganisation im Mai festgelegt wurde. Wir haben etwa 30 Bundesstaaten in den USA, die das nicht erreicht haben.
Diese Statistiken, fügt Cleghorn hinzu, haben zu einem viel größeren Appetit auf andere Tests geführt. Und deshalb gab es riesige, sehr fruchtbare Bemühungen, Antikörpertests, Antigentests, Nicht-PCR-Tests zu entwickeln, alles, was einen Teil der Belastung, die wir erleben, verringert.
Anwendungsfälle für Atemtests
Werden wir also in naher Zukunft alle auf COVID-Atem getestet, wenn wir unseren Tag verbringen? Der Test selbst sei einem Alkoholtester sehr ähnlich, sagt Robinson zu dem in der Studie erwähnten Prototyp. Und Alkohol oder Ethanol ist ein VOC.
Mit seiner einfachen Handhabung könnte ein Atemtest ein nützliches Werkzeug für das Screening am Point-of-Entry sein, fügt Robinson hinzu. Im Moment führen viele Orte wie Schulen, Kliniken und Büros Temperaturkontrollen durch und fragen Einzelpersonen nach Symptomen. Ich denke, es gibt eine echte Nische für einen diagnostischen Test wie diesen, weil er so wenig zusätzliches Personal erfordert und die Bearbeitungszeit so schnell ist, sagt sie. Wir haben bei der Wiedereröffnung von Schulen gesehen, dass dort viel Erfolg oder Misserfolg herrscht.
Hypothetisch könnte ein Alkoholtester Schulverwaltungen dabei helfen, Schüler genauer und effizienter zu überprüfen. Auch in Kinos oder bei Sportveranstaltungen könnte ein solcher Test eingesetzt werden. Die Sensitivität und Spezifität müssten verbessert werden, sagt Wurtz, aber die Sensitivität und Spezifität der Tests, die wir derzeit haben, ist nicht allzu gut, und die Zeit und die Verzögerung sind signifikant.
Der einem Alkoholtester ähnliche Prototyp verwendet Gold-Nanopartikel auf seinem Sensor, und für Robinson wirft das einige Fragen auf. Wie teuer sind diese Tests? Sie sagt. Wie oft müssen diese Sensoren ausgetauscht werden? Können wir einen Test wie diesen auf ein sehr, sehr hohes Niveau skalieren? Ich habe eine Frage, ob dies eine nachhaltige Lösung ist.
Wurtz stimmt zu, dass es zu früh ist, um zu sagen, ob wir COVID-19-Atemanalysegeräte einnehmen, bevor wir zur Schule oder zur Arbeit oder zu einem Konzert gehen. Ich bin nicht zu aufgeregt über diese Dinge, sagt sie. Aber als Forschungsgebiet halte ich es für vielversprechend.
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