[论文解读] Predicting the effects of waning vaccine immunity against COVID-19 through high-resolution agent-based modeling

Agnieszka Truszkowska, Lorenzo Zino+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2021

COVID-19 epidemiological studies参考文献 54被引用 16

一句话总结

本研究利用纽约州新罗谢尔市的高分辨率基于代理的模型，模拟了在六个月内疫苗免疫力减弱及加强针接种计划对COVID-19传播的影响。研究发现，若加强针接种进度缓慢，可能引发严重疫情反弹；而及时、高覆盖率的加强针接种计划，结合持续的检测措施，对于防止2021–2022年冬季疫情波峰至关重要。

ABSTRACT

The potential waning of the vaccination immunity to COVID-19 could pose threats to public health, as it is tenable that the timing of such waning would synchronize with the near-complete restoration of normalcy. Should also testing be relaxed, we might witness a resurgent COVID-19 wave in winter 2021/2022. In response to this risk, an additional vaccine dose, the booster shot, is being administered worldwide. In a projected study with an outlook of six months, we explore the interplay between the rate at which boosters are distributed and the extent to which testing practices are implemented, using a highly granular agent-based model tuned on a medium-sized U.S. town. Theoretical projections indicate that the administration of boosters at the rate at which the vaccine is currently administered could yield a severe resurgence of the pandemic. Projections suggest that the peak levels of mid spring 2021 in the vaccination rate may prevent such a scenario to occur, although exact agreement between observations and projections should not be expected due to continuously evolving nature of the pandemics. Our study highlights the importance of testing, especially to detect asymptomatic individuals in the near future, as the release of the booster reaches full speed.

研究动机与目标

• 评估疫苗免疫力减弱对美国真实社区中COVID-19传播的公共卫生影响。
• 评估加强针接种速度与检测覆盖率之间的相互作用对疫情发展轨迹的影响。
• 在不同政策情景下，预测2021–2022年冬季疫情反弹的风险。
• 通过细致、基于数据的模拟，为加强针接种和检测策略的政策决策提供依据。

提出的方法

• 开发了一个高分辨率基于代理的模型（ABM），用于模拟一个具有真实人口统计特征、家庭结构、移动模式和社交互动的中等规模美国城镇（纽约州新罗谢尔市）。
• 模型整合了三种疫苗（辉瑞、莫德纳、强生）的时间可变免疫力特征，其中免疫力减弱被设定为在八个月后开始。
• 模拟包括不同接种速度的加强针接种计划，以及不同覆盖率和检测效率的检测政策。
• 模型整合了德尔塔变异株的传播动力学，包括更高的传染性及免疫逃逸特性。
• 模拟基于2021年夏季的真实世界数据进行校准，并与新罗谢尔市的观察趋势进行验证。
• 开展了参数研究，以检验在免疫力减弱时间及特征假设不同的情况下，研究结果的稳健性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如果加强针以当前的疫苗接种速度发放，对COVID-19传播的预测影响是什么？
• RQ2 加强针接种速度与检测覆盖率的组合如何影响2021–2022年冬季疫情反弹的可能性？
• RQ3 在免疫力减弱的背景下，中期2021年的疫苗接种率在多大程度上可防止疫情反弹？
• RQ4 当加强针接种计划扩大时，检测（尤其是针对无症状个体的检测）在缓解疫情反弹方面有多关键？
• RQ5 模拟结果对免疫力减弱时间及特征不确定性的敏感性如何？

主要发现

• 以当前疫苗接种速度发放加强针，可能导致2021–2022年冬季出现严重的COVID-19疫情反弹。
• 若加强针接种速度达到中期2021年疫苗接种的水平，可防止疫情反弹，表明接种速度至关重要。
• 持续的检测，尤其是针对无症状个体的检测，对于在加强针接种规模扩大时检测并遏制传播至关重要。
• 模型预测表明，必须保持高水平的检测覆盖率，以抵消免疫力减弱和非药物干预措施减少带来的风险。
• 通过参数敏感性分析确认，研究结果对免疫力减弱时间及特征的变化具有稳健性。
• 本研究强调，政策决策必须在加强针接种速度与检测强度之间取得平衡，以避免大规模疫情暴发。