[論文レビュー] High-sensitivity COVID-19 group testing by digital PCR

Andrew Martin, Alexandre Storto+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2020

SARS-CoV-2 detection and testing参考文献 9被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、デジタル逆転写ドロップレットdPCR（RT-dPCR）が、SARS-CoV-2の高感度なグループテストを可能にすることを示している。標準的なRT-PCRに比べて、プール化されたサンプルにおいて優れた性能を発揮する。実臨床病院環境において、RT-dPCRはグループサイズ（8、16、32）の範囲で26例の陽性を検出できた。そのうち2例は個別RT-PCRで見逃されたが、32例のグループでは100％の一致を示した。

ABSTRACT

Background: Worldwide demand for SARS-CoV-2 RT-PCR testing is increasing as more countries are impacted by COVID-19 and as testing remains central to contain the spread of the disease, both in countries where the disease is emerging and in countries that are past the first wave but exposed to re-emergence. Group testing has been proposed as a solution to expand testing capabilities but sensitivity concerns have limited its impact on the management of the pandemic. Digital PCR (RT-dPCR) has been shown to be more sensitive than RT-PCR and could help in this context. Methods: We implemented RT-dPCR based COVID-19 group testing on commercially available system and assay (Naica System from Stilla Technologies) and investigated the sensitivity of the method in real life conditions of a university hospital in Paris, France, in May 2020. We tested the protocol in a direct comparison with reference RT-PCR testing on 448 samples split into groups of 3 sizes for RT-dPCR analysis: 56 groups of 8 samples, 28 groups of 16 samples and 14 groups of 32 samples. Results: Individual RT-PCR testing identified 25 positive samples. Using groups of 8, testing by RT-dPCR identified 23 groups as positive, corresponding to 26 true positive samples including 2 samples not initially detected by individual RT-PCR but confirmed positive by further RT-PCR and RT-dPCR investigation. For groups of 16, 15 groups tested positive, corresponding to 25 true positive samples identified. 100% concordance is found for groups of 32 but with limited data points.

研究の動機と目的

• 新型コロナウイルス感染症のパンデミック期における限られた検査能力の課題に対処し、グループテストの感度と拡張性を向上させること。
• プール化されたサンプルにおいて従来のRT-PCRの感度の限界を克服し、偽陰性を回避すること。
• パリの大学病院から得た実臨床サンプルを用いて、デジタルPCR（RT-dPCR）のグループテストにおける性能を評価すること。
• RT-dPCRが、正確性を損なわずに、プール化されたテスト状況下でも低ウイルス量のサンプルを信頼性を持って検出できるかどうかを検証すること。
• 実臨床環境下で、複数のグループサイズ（8、16、32）におけるRT-dPCRの実用可能性と感度を評価すること。

提案手法

• ナイトゥアシステム（Stilla Technologies社製）を用いてRT-dPCRを実施した。これは、核酸のデジタル定量を可能にする商用プラットフォームである。
• 448例の臨床的鼻咽頭ぬぐい取りサンプルを、8人、16人、32人のグループに分け、プール化してテストを行った。
• 全448例のサンプルについて、RT-dPCRの結果を個別RT-PCRテスト（基準基準）と直接比較した。
• ウイルス標的の絶対定量を可能にするために、サンプルを数千個のナノリットルサイズのドロップレットに分割するデジタルPCR法を用いた。
• RT-PCRで最初に見逃されたサンプルについて、確認テストを実施し、RT-dPCRの結果を検証した。
• 実臨床条件下で、異なるグループサイズにおけるRT-dPCRの感度と特異度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウイルス量がプール化されたサンプルに希釈された状況下でも、RT-dPCRはグループテスト形式において高い感度を維持できるか？
• RQ2 プール化されたテストにおいて、RT-dPCRは個別RT-PCRと比較して、低ウイルス量のSARS-CoV-2サンプルをどの程度効果的に検出できるか？
• RQ3 感度と実用的妥当性の観点から、RT-dPCRグループテストにおける最適なグループサイズは何か？
• RQ4 RT-dPCRは、従来のRT-PCRで見逃されたプール化されたテストにおけるSARS-CoV-2陽性サンプルを検出できるか？
• RQ5 実病院環境下で、異なるグループサイズにおけるRT-dPCRと個別RT-PCRの一致率はどの程度か？

主な発見

• RT-dPCRは、すべてのグループサイズで26例の真陽性を検出できた。そのうち2例は初期の個別RT-PCRテストで見逃された。
• 8人グループでは、56グループ中23グループが陽性であり、26例の陽性を正しく同定した。
• 16人グループでは、28グループ中15グループが陽性であり、25例の陽性を正しく同定した。
• 32人グループでは、個別RT-PCRと100％一致した。14グループ中10グループが陽性であった。
• 特にプール化された形式での低ウイルス量サンプルの検出において、標準RT-PCRよりも優れた感度を示した。
• 確認テストにより、2例の初期に見逃されたサンプルにSARS-CoV-2が存在することが裏付けられ、RT-dPCRの高い感度が検証された。