چرا آزمایش ویروس کرونا چالش‌برانگیز است؟

یکی از مسائل بسیار مهم در مبارزه با هر اپیدمی مثل کووید-۱۹، انجام گسترده آزمایش ویروس کرونا برای تعیین افراد بیمار و اجرای اقدام‌های متناسب با نتیجه‌ این آزمایش است. همچنین آزمایش ویروس کرونا این امکان را می‌دهد که بتوانیم تعیین کنیم، وضعیت شیوع بیماری چگونه است و چه نیازهایی برای پایان دادن به آن وجود دارد.

از آن‌سو این آزمایش‌ها تنها در حالتی می‌توانند به نتیجه‌ای مطلوب منجر شوند که حداقل سه برابر تعداد نتایج مثبت، آزمایش انجام شده باشد؛ یعنی تعداد کسانی که مورد آزمایش قرار می‌گیرند حداقل سه برابر تعداد مبتلایان باشد.

بااین‌همه آزمایش ویروس کرونا کمی چالش‌برانگیز است؛ زیرا فرآیند‌هایی که تا به امروز بوده‌اند، زمان‌بر و نیازمند هزینه‌های زیاد بودند. به همین دلیل هم ویروس کرونا تا به امروز توانسته این‌قدر شایع شود؛ اما تغییراتی در جریان است.

نتایج آزمایش‌های پزشکی

پیش از ادامه مقاله بگذارید توضیح دهیم که نتیجه یک آزمایش پزشکی چه حالت‌هایی می‌توانند باشند.

وقتی قرار است روی یک فرد آزمایش پزشکی انجام دهیم که در آن وجود یا عدم وجود یک ماده را تشخیص دهیم، نتایج آزمایش یکی از این چهار حالت خواهد بود. مثبت، منفی، مثبت کاذب (False Positive) و منفی کاذب (False Negative).

مثبت: نتیجه مثبت حالتی است که آزمایش نشان می‌دهد ماده‌ای یا ویروسی که آزمایش آن را بررسی می‌کند، در نمونه گرفته‌شده از فرد وجود دارد.

منفی: ‌حالتی است که ماده یا ویروس مدنظر آزمایش، در نمونه مورد آزمایش وجود ندارد.

مثبت کاذب: مثبت کاذب به حالتی گفته می‌شود که ماده یا ویروس مورد آزمایش در نمونه وجود ندارد اما آزمایش نشان می‌دهد که این ماده وجود دارد و نتیجه آزمایش را مثبت اعلام می‌کند. این نتیجه مثبت کاذب می‌تواند ناشی از خطای خود آزمایش یا آلودگی‌هایی باشد که بعدا وارد نمونه یا تجهیزات مورد آزمایش شده است.

منفی کاذب: به حالتی گفته می‌شود که نمونه گرفته‌شده از فرد دارای ماده یا ویروس مورد آزمایش است، اما نتیجه آزمایش منفی است و به ما می‌گوید که فرد بیمار نیست. چنین خطایی می‌تواند ناشی از خطای تجهیزات آزمایش، کم بودن حساسیت آزمایش یا اشتباه در فرآیند آزمایش رخ دهد.

مشخصا آزمایشی بهتر است که در آن نرخ نتایج مثبت کاذب و منفی کاذب حداقل باشد. برای اینکه مطمئن شویم نتیجه آزمایش مثبت کاذب یا منفی کاذب نیست، باید به دیگر علائم بالینی و همچنین روش‌های آزمایش دیگر مراجعه کنیم و ببینیم نتایج آزمایش با روش‌های دیگر چیست‌اند.

تشخیص وجود یا عدم‌وجود ماده یا ویروس مذکور می‌تواند به معنی این باشد که فرد دچار بیماری خاصی است یا نه؛ مثلا در مورد ویروس کرونا، آزمایش‌های موجود برای اینکه تشخیص دهند فرد دارای ویروس است یا نه ممکن است وجود خود ویروس، پروتئین‌های مربوط به ویروس یا آنتی‌بادی‌هایی را که بدن علیه ویروس تولید می‌کند، بررسی کنند.

همچنین برحسب اینکه یک آزمایش به‌خصوص قرار است که وجود چه ماده‌ای را بررسی کند، نوع نمونه‌گیری هم فرق می‌کند؛ مثلا برای تشخیص وجود خود ویروس، نمونه‌گیری از سیستم تنفسی مثل حلق و بینی (در صورت امکان خود شش‌ها) و برای بررسی آنتی‌بادی‌های تولیدشده در بدن، باید از خون فرد نمونه گرفت.

اگر آزمایش خطای چشم‌گیری داشته باشد و نتایج مثبت و منفی کاذب زیادی تولید کند، عملا تفاوتی با عدم انجام آزمایش ندارد. هر چقدر هم فرآیند انجام آزمایش ساده‌تر باشد، تجهیزات کمتری لازم داشته باشد و سریع انجام شود، بهتر است.

چالش آزمایش ویروس کرونا

در مورد آزمایش ویروس کرونا در طول این چند ماهی که جهان درگیر کووید-۱۹ است، مسائل زیادی مطرح شده‌اند. اینکه کیت‌های آزمایش ویروس کرونا که در چین تولید شده‌اند خطای زیادی دارد یا اینکه شرکت‌های مختلفی در دنیا کیت‌های دیگری ساخته‌اند که نه در ۶ ساعت بلکه چند دقیقه نتیجه را می‌دهند.

نقطه مرکزی تمام این مشکلات در مورد آزمایش ویروس کرونا، آزمایش RT-PCR است. چیزی در مورد این آزمایش وجود دارد که حتی آماده‌ترین کشورها برای مقابله با شیوع یک بیماری مثل کشور آمریکا را که پیش‌ازاین در رتبه‌بندی سازمان بهداشت جهانی آماده‌ترین کشور برای مقابله با یک همه‌گیری بود، فلج کرده است.

آزمایش RT-PCR

استاندارد شایع برای آزمایش ویروس کرونا، واکنش زنجیره‌ای پلیمراز رونویسی معکوس (Reverse transcription polymerase chain reaction) یا همان RT-PCR است.

برای انجام این آزمایش ابتدا از بخش‌های عمیق سیستم تنفسی فرد مثل پشت بینی با استفاده از چوب‌های بلندی شبیه گوش پاک‌کن، نمونه‌گیری می‌شود. برای این کار سر چوب نمونه‌گیری را به این سلول‌های پشت حلق و بینی می‌رسانند و با ساییدن آن به این سلول‌ها، بخشی از سلول‌ها را برمی‌دارند.

سپس این نمونه را در یک محلول که با نام بافر لیسیس (Lysis Buffer) وارد می‌کنند. این محلول کمابیش شبیه صابون عمل می‌کند زیرا بدنه ویروس را می‌شکافد و باعث می‌شود ژن ویروس که در ویروس کرونا رشته‌های RNA هستند، بیرون بیایند. البته به شرطی که ویروسی در نمونه موجود باشد.

سپس آنزیمی که کارش رونویسی معکوس است، این رشته RNA را می‌خواند و از روی آن یک مولکول DNA یا به‌طور دقیق‌تر مکمل دی‌ان‌ای (Complementary DNA) یا cDNA می‌سازد. سپس این رشته cDNA بارها در محلول تکثیر می‌شود و تعداد آن زیاد می‌گردد.

پس‌ازآن رشته‌های کوچک‌تری که متناسب با بخش‌های خاصی از مکمل دی‌ان‌ای ویروس کرونا هستند به محلول اضافه می‌شوند. این رشته‌های کوچک Primer نام دارند. این رشته‌های کوچک به بخش‌های خاصی از دی‌ان‌ای ویروس متصل می‌شوند.

دستگاه تک‌کارتریج GeneXpert

همچنین رشته‌های کوچک‌تر دیگری که دارایی یک نشانگر فلوئورسنت هستند و رشته‌های Reporter نام دارند، اضافه می‌شوند. این رشته‌ها در نزدیکی رشته قبلی به دی‌ان‌ای ویروس متصل می‌گردند.

نشانگر فلوئورسنت ماده‌ای است که در صورتی که مورد تابش طول‌موج خاصی از نور قرار بگیرد، از خود تشعشع مشخصی را ساطع می‌کند.

بعدازآن یک آنزیم پلمیرکننده دی‌ان‌ای (DNA Polymerase) به این رشته ناقص متصل شده و شروع به تکمیل بخش‌های ناقص آن می‌کند. با این کار نشانگر فلوئورسنت متصل‌شده به رشته دوم آزاد می‌شود.

آزاد شدن این مولکول حساس به نور که مثلا زیرا نور خاصی به نور سبز رنگ تابش می‌کند، نشان می‌دهد که در نمونه مورد آزمایش، ژن ویروس کرونا وجود دارد.

هر چه تعداد بیشتری از ژن‌های ویروس کرونا بدین طریق کپی شوند، نور بیشتری از آن محلول ساطع می‌گردد. این نور آن‌قدری است که می‌توان با چشم آن را دید.

دستگاهی که آزمایش RT-PCR را انجام می‌دهد، شدت این نور را اندازه می‌گیرد. اگر شدت نور از حدی بالاتر رفت و یا قله‌هایی با ارتفاع مشخصی در نمودار شدت این نور ظاهر شد، سیستم نتیجه آزمایش را مثبت اعلام می‌کند.

اگر نمونه مورد آزمایش حاوی ویروس نباشد، این افزایش شدت نور یا قله‌های ظهور نخواهند کرد.

مشکلات آزمایش ویروس کرونا با RT-PCR

آزمایش RT-PCR یکی از آزمایش‌های استانداردی است که از سال‌ها پیش برای تشخیص انواع ویروس‌ها استفاده می‌شود. این آزمایش به‌شدت حساس است و حتی می‌تواند کمترین مقدار ویروس‌ها را در نمونه آشکار کند.

اما ایرادش این است که در هرجایی نمی‌تواند چنین آزمایشی را انجام داد. آزمایشگاهی که می‌خواهد آزمایش RT-PCR انجام دهد باید تاییدیه‌های سفت‌وسختی داشته باشد.

کارکنان آن باید کاملا آموزش‌دیده باشند و همچنین آزمایشگاه شدیدا باید تمیز و عاری از هرگونه آلودگی باشد؛ زیرا هر آلودگی کوچکی می‌تواند آزمایش را خراب کند.

با توجه به لزوم دریافت تاییدیه‌های سفت‌وسخت برای ایجاد چنین آزمایشگاهی، هرجایی در دنیا که بخواهد چنین آزمایشی انجام دهد، باید از بروکراسی‌های طولانی و پیچیده‌ای رد شود.

کارتریج یک‌بارمصرف دستگاه تست در محل GeneXpert

به همین دلیل هم در مواقع اضطراری مثل همین پاندمی کووید-۱۹، در بیشتر کشورها آزمایشگاه‌های کافی برای آزمایش ویروس کرونا که بتواند پاسخ‌گویی حجم زیادی درخواست باشد وجود ندارد.

خود انجام آزمایش حداقل ۴ ساعت طول می‌کشد؛ اما با توجه به زمان انتقال نمونه‌ها و اینکه همه نمونه‌ها باید به آزمایشگاه‌های خاص منتقل شوند، ممکن است جواب آزمایش ویروس کرونا تا یک هفته هم طول بکشد.

این مسئله چالش‌برانگیز است. کسانی که آزمایش ویروس کرونا می‌دهند، می‌خواهند بدانند که آیا ویروس را دارند یا نه. ترجیح این است که جواب آزمایش در چند ساعت یا چند دقیقه بیاید. چنین پاسخ سریعی می‌تواند به پاسخ بهتری از طرف تیم‌های درمانی نیز منجر شود.

کره جنوبی برای پیشگیری از این مشکل خیلی سریع تعداد محل‌های آزمایش را زیاد کرد. وقتی از کسی نمونه‌برداری می‌کردند، در شش ساعت پاسخ آزمایش وی را می‌دادند. در این شش ساعت هم فرد را به محل‌های سکونت موقت می‌فرستادند و بعد از رسیدن جواب آزمایش، اقدام‌ها لازم برای قرنطینه خانگی یا بیمارستانی افراد مبتلا را انجام می‌دادند.

اما همه کشورها چنین آمادگی نداشتند. به همین دلیل داشتن ابزارهای آزمایش ویروس کرونا که بتواند خیلی سریع و بدون نیاز به امکانات پیشرفته، جواب لازم را بدهد، ضروری است؛ یعنی اگر بتوان ابزارهای آزمایش در محل یا Point of care برای آزمایش ویروس کرونا تولید کرد، مقابله با آن بسیار ساده‌تر می‌شود.

آزمایش ویروس کرونا در محل

ابزارهای آزمایش‌ در محل برای ویروس‌های دیگر وجود دارند.

از جمله این آزمایش‌های در محل، کیت‌های تست آنفولانزا است. پزشکان می‌توانند با نمونه‌گیری از بیماران، با استفاده از کیت، آزمایش را در مطب خود انجام دهند و در حدود ۱۵ دقیقه نتیجه آزمایش مشخص شود.

چنین آزمایش‌هایی نه بر اساس ژن‌های ویروس بلکه بر پایه آزمایش حضور آنتی‌ژن‌ها یا همان پروتئین‌های سطحی ویروس کار می‌کنند. آزمایش ویروس کرونا بر پایه آنتی‌ژن‌های ویروس برای کووید-۱۹ هم ساخته شده است.

کیت آزمایش ویروس آنفولانزا در محل

اگر در نمونه‌ای که از فرد گرفته شده است، آنتی‌ژن ویروس وجود داشته باشد، آنتی‌بادی‌هایی که در این کیت‌ها مثلا روی یک قطعه کاغذی کوچک وجود دارد با این آنتی‌ژن‌ها واکنش نشان می‌دهند و رنگ خاصی را تولید می‌کند که می‌توان با چشم تشخیص داد. این فرآیند حدود ۳۰ دقیقه طول می‌کشد.

این آزمایش‌ها سریع و ارزان هستند اما محدودیت‌های اساسی دارند.

مشکلات آزمایش در محل برای ویروس کرونا

برخلاف آزمایش RT-PCR که می‌تواند با تکثیر ژن‌های ویروس، وجود کمترین تعداد ویروس‌ها را نیز تشخیص دهد، نتیجه آزمایش‌های بر پایه آنتی‌ژن ویروس کاملا بستگی به این دارد که در نمونه گرفته‌شده چه تعداد ویروس وجود دارد.

برای اینکه این آزمایش‌ها جواب مثبت دهند، باید ویروس‌های بسیار زیادی در نمونه وجود داشته باشد که در روزهای ابتدایی ورود ویروس کرونا به بدن احتمال اینکه نمونه گرفته‌شده از حلق بیمار دارای این تعداد ویروس باشد، خیلی زیاد نیست.

طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی دقت این آزمایش‌ها بین ۳۴ تا ۸۰ درصد است؛ یعنی ممکن است نتیجه آزمایش نیمی از موارد منفی کاذب باشد؛ یعنی فرد بیمار باشد اما آزمایش آن را تشخیص ندهد.

آزمایش در محل ویروس کرونا با آنتی‌بادی

یکی دیگر از روش‌های آزمایش ویروس کرونا در محل، آزمایش آنتی‌بادی‌های بدن هست. آنتی‌بادی‌ها پروتئین‌های دفاعی است که سیستم ایمنی بدن برای مقابله با عوامل بیماری‌زا تولید می‌کند. برخی از این آنتی‌بادی‌ها می‌توانند تا سال‌ها در بدن فرد باقی بمانند.

برای این آزمایش با ایجاد سوراخ کوچکی در انگشت فرد، یک قطره از خون او روی کیت آزمایش ریخته می‌شود و کیت‌ هم مشابه روش قبلی با استفاده از آنتی‌ژن‌های ویروس که در کیت وجود دارند با این آنتی‌بادی‌ها واکنش نشان داده و تغییر رنگی حاصل می‌شود.

دستگاه تست در محل ID-NOW

چنین آزمایشی فقط در مورد کسانی کار می‌کند قبلا ویروس کرونا را گرفته و بهبود یافته‌اند. برخی از این آزمایش‌ها در خانه نیز می‌توانند انجام شوند و در چند دقیقه هم جواب می‌دهند. این آزمایش ویروس کرونا، حضور خود ویروس را نشان نمی‌دهد و فقط پاسخ ایمنی بدن را بروز می‌دهد. ازاین‌روی چنین آزمایشی برای مقابله و اقدام‌های قرنطینه‌ای با ویروس کرونا به درد نمی‌خورد.

تنها مزیتش این است که با آن‌ها فرد می‌تواند تشخیص دهد که دیگر بیمار نیست و احتمالا هم تا چند ماهی نسبت به ویروس کرونا ایمنی دارد و در نتیجه می‌تواند با اطمینان به کسب‌وکار خود برسد.

خطای ابزارهای آزمایش در محل برای ویروس کرونا

برخی از کیت‌های آزمایش ویروس کرونا که در جهان خریدوفروش می‌شوند، بسیار سوال‌برانگیز هستند؛ مثلا بریتانیا کیت‌های خانگی آزمایش ویروس کرونا بر پایه آنتی‌بادی‌ها را به ارزش ۲۰ میلیون دلار سفارش داد؛ اما مقام‌های بهداشتی بریتانیا متوجه شدند که این کیت‌های خطای زیادی دارند.

کیت‌های آزمایش بر پایه آنتی‌بادی‌ها که اسپانیا هم سفارش داده بود تنها در ۳۰ درصد موارد نتیجه درست می‌دادند. در نتیجه اسپانیا هم کیت‌ها را پس داد.

نتایج غلط نه‌تنها برای کنترل ویروس کرونا موثر نیستند بلکه خطرناک هم هستند؛ زیرا یک فرد بیمار ممکن است با این کیت‌ها آزمایش شود، نتیجه آن مثبت شود و فکر کند که در برابر ویروس ایمنی دارد و پس‌ازآن با خیال راحت وارد اجتماع شود و دچار بیماری گردد.

دستگاه تست در محل ID-NOW

سازمان بهداشت جهانی به‌هیچ‌وجه استفاده از آزمایش‌های بر پایه پروتئین‌های آنتی‌ژن یا آنتی‌بادی را برای مراقبت از بیماران توصیه نمی‌کند. فقط آزمایش‌های بر پایه ژن می‌توانند نتایج دقیق تولید کنند.

در نتیجه کیت‌های آزمایش ویروس کرونا بر پایه ژن که ارزان و سریع باشند و بتوان آن‌ها را در هرجایی انجام داد، به یک چالش مهم برای شرکت‌های بیوتکنولوژی تبدیل شده‌اند.

کیت‌های آزمایش ویروس کرونا سریع بر پایه ژن ویروس

کیت‌های آزمایش ویروس کرونا بر پایه ژن که می‌توانند در محل استفاده شوند و سریع نتیجه را بدهند، در حال حاضر وجود دارند.

این کیت‌ها رهیافت مشابهی که در بالا برای آزمایش حضور ژن ویروس گفتیم، استفاده می‌کنند اما با استفاده از دانش کامپیوتر و رباتیک کل فرآیند را خودکار و سریع جلو می‌برند.

یکی از این شرکت‌ها سفیید (Cepheid) است که دستگاه‌های کوچک و سریع آزمایش ویروس آنفولانزا، باکتری بیماری سل و چند میکروب دیگر را ساخته است.

این شرکت می‌داند که دستگاه آن‌ها برای آزمایش ویروس کرونا نیز می‌تواند استفاده شود. به همین دلیل آن‌ها دستگاه آزمایش ویروس کرونا را نیز از مدت‌ها پیش ساخته بودند اما تا ما‌ه‌ها پشت بروکراسی‌های اداری و تاییدیه‌های سازمان‌های دولتی مثل سازمان غذا و دارو آمریکا معطل بود.

این دستگاه شرکت سفیید در اواخر ماه مارس توانست تاییدیه‌ها لازم را دریافت کند و در حال حاضر وجود دارد و نام آن GeneXpert است.

دستگاه GeneXpert ساخت شرکت Cepheid

روش کار هم این‌گونه است که ابتدا یک نمونه مخاط گلو از بینی گرفته می‌شود. سپس این نمونه در یک ظرف یک‌بارمصرف دارای محلول ریخته می‌شود. سپس دستگاه این محلول را از فیلتری می‌گذارد که ویروس‌ها را به دام می‌اندازد. بعدازآن این ویروس‌ها را با امواج فراصوت می‌شکند و مواد ژنتیکی آن‌ها خارج می‌شوند.

پس‌ازآن این ژن‌ها مثل فرایندی که در ابتدای مقاله گفتیم تکثیر می‌شوند و دستگاه با نور فلوئورسنت وجود ویروس کرونا را تشخیص می‌دهد. همه این مراحل به‌صورت خودکار در دستگاه انجام می‌شوند و می‌تواند در ۴۵ دقیقه جواب آزمایش را بدهد.

تشخیص ژنتیکی وجود ویروس با این دستگاه علاوه بر اینکه مثل حالت قبل دقت زیادی دارد، سریع‌تر است؛ زیرا فرآیند خودکار است.

از آن‌سو این کیت‌ها برای آزمایش صرفا یک دستگاه کوچک در اندازه یک اجاق ماکروویو نیاز دارند و در نتیجه می‌تواند در هر بیمارستانی استفاده شوند. تولید سریع نتایج هم تصمیم‌گیری در مورد بیماران را بهینه‌تر می‌کند.

دستگاه ID Now شرکت Abbott

کل کاری که اپراتور باید انجام دهد این است که نمونه آزمایش را در دستگاه بگذارد. ازاین‌روی برای آزمایش لازم نیست یک آزمایشگاه بسیار ایزوله داشته باشیم؛ زیرا دخالت انسانی کم است و احتمال آلوده شدن نمونه مورد آزمایش از آن هم کمتر. همچنین انجام آزمایش نیازمند کارکنان بسیار آموزش‌دیده نیست.

یکی دیگر از این دستگاه‌ها، ساخت شرکت آبوت (Abbott) است و ID Now نام دارد. این دستگاه در اندازه یک چرخ‌گوشت کوچک است و می‌تواند در ۱۵ دقیقه جواب آزمایش را بدهد. دلیل سرعت این دستگاه نسبت به قبلی این است که ID Now دمای محلول را کمی بالا برده و ثابت نگاه می‌دارد. در این دما سرعت تکثیر ژن ویروس سریع‌تر می‌شود.

آیا روزی جهان آماده مقابله با پاندمی‌ها دیگر خواهد بود؟

با دخالت هر چه بیشتر انسان‌ها در طبیعت و نزدیکی زیستگاه‌های انسانی به زیستگاه‌های حیوانات وحشی، احتمال شیوع ویروس‌های ناشناخته در جهان افزایش می‌یابد. به همین دلیل امروزه بسیار بیشتر از گذشته نیازمند افزایش آمادگی برای مقابله با اپیدمی‌های جدید هستیم.

وجود این دستگاه‌ها که در نهایت روزی در همه جای جهان مورداستفاده قرار خواهند گرفت، امکان پیشگیری از شیوع و کنترل بیماری‌ها را بسیار بیشتر می‌کند. شاید روزی در هر فرودگاهی نمونه‌ای از این دستگاه‌ها وجود داشته باشد. البته به شرطی که نتایج این ابزارها دقت کافی را داشته باشد.

چون در مطالعاتی که اخیرا انجام شده، مشخص شده است که دستگاه ID Now تنها در ۸۵٫۲ درصد موارد مبتلا، نتیجه آزمایش را مثبت اعلام می‌کند. این بدین معنی است که نتیجه آزمایش ۱۴٫۸ درصد از موارد، منفی کاذب است؛ یعنی ۱۴.۸ درصد بیماران بدون اینکه بفهمند بیمار هستند، با این تفکر که ویروس در آن‌ها وجود ندارد به زندگی ادامه می‌دهند و ویروس را منتشر می‌کنند.

این دقت در آزمایش خوب نیست. یک ابزار دقیق آزمایش باید حداقل بتواند ۹۵ درصد از موارد ابتلا را به‌درستی تشخیص دهد. دستگاه GeneXpert دقیق‌تر است و تنها ۱٫۸ درصد نتایج منفی کاذب تولید می‌کند. این‌ها امیدهای بیشتری برای مقابله با بیماری‌های واگیردار آینده برای بشریت ایجاد می‌کنند.