Eine Gruppe von Epidemiologen, Ökonomen und Träumern denkt über eine neue Strategie zur Bekämpfung des Virus nach, noch bevor ein Impfstoff eingesetzt wird
Michael Mina ist Professor für Epidemiologie in Harvard. Dort studiert er diagnostische Tests für Infektionskrankheiten. Er war ungläubig Zeuge des weltweiten Kampfes um eine anständige Anzahl von Tests für Covid-19.
In Ländern wie Italien oder den USA war die erste Welle des Virus von gravierenden Testproblemen geprägt. Eine unzureichende Anzahl von Geräten, Reagenzienknappheit und andere Faktoren haben dazu geführt, dass die Tests unzureichend sind. In den USA wird diese Situation in dieser zweiten Welle noch schlimmer. In den vergangenen zwei Wochen hat das Land erstmals seit Beginn der Pandemie weniger Covid-19-Tests durchgeführt als in der Vorwoche. Das System verschlechtert sich.
Testen ist ein großes Problem
Mit Tests können Sie die grundlegendste Aufgabe bei der Krankheitsbekämpfung ausführen: Kranke identifizieren und von Gesunden trennen.
Wenn viele Tests durchgeführt werden, können sie die Angst vor einer Ansteckung verringern. „Das einzige, was in der Wirtschaft einen Unterschied macht, ist die öffentliche Gesundheit, und das einzige, was in der öffentlichen Gesundheit einen Unterschied macht, sind die Tests“, sagt er. Simon Johnson, der ehemalige Chefökonom des IWF.
Die optimistischsten Annahmen besagen, dass Impfstoffe erst im Mai oder Juni in Hunderten von Millionen Dosen erhältlich sein werden. Es wird eine Übergangszeit geben, in der Ärzte und Gesundheitspersonal geimpft werden, nicht jedoch Lehrer, Kuriere und Polizisten.
Dafür brauchen wir bessere Tests. Aber wir brauchen es auch jetzt noch.
Wie kann man das Covid-19-Testsystem revolutionieren?
In den letzten Wochen wurde Michael Mina zum „Propheten“ einer totalen Revolution, wie die Pandemie kontrolliert werden kann. Anstatt das tägliche Leben um die derzeitige Art des Testens herum neu zu ordnen, sollten die Länder Tests in unsere Lebensweise integrieren, argumentiert er.
Der Träger dieser Veränderung ist ein dünner Papierstreifen, nicht länger als ein Finger. Es ist ein Test auf Covid-19. Mina sagt, die USA sollten diese kostengünstigen und einfach durchzuführenden Tests (im Gegensatz zu anderen Methoden, für die nur eine Speichelprobe erforderlich ist) in zweistelliger Millionenhöhe pro Tag in Serie produzieren.
Diese Tests, die innerhalb von 15 Minuten oder weniger zu einem Ergebnis führen können, könnten zu einem festen Bestandteil des täglichen Lebens werden.
Der Kern der Sache
Bevor jemand eine Schule oder ein Büro, ein Kino oder einen Supermarkt betritt, kann er einen dieser Tests machen. Negativer Test? Bitte schön. Positiver Test? Sie kommen nach Hause und entscheiden, was zu tun ist.
Zusammenfassend ist Michael Minas Idee, fast jeden zu testen, fast jeden Tag.
Die von Michael Mina beschriebenen Tests gibt es bereits: Sie sind im Büro von E25 Bio, ein kleines Start-up in Cambridge, Massachusetts; Ein halbes Dutzend anderer Unternehmen arbeiten an ähnlichen Produkten.
Aber das ist nicht genug: Wir müssen die Art und Weise ändern, wie wir über Tests denken. Wir sprechen von 20 Millionen Covid-19-Tests pro Tag, die in Italien produziert werden sollen. 100 Millionen pro Tag in den USA. Ein wirklich gewagtes Unterfangen.
Mit ebenso kühnen Zielen: Mina sagt, diese Methode könnte das Coronavirus innerhalb von drei Wochen zum Erliegen bringen. (Andere Epidemiologen sind sich nicht so sicher, ob es funktionieren würde, zumindest ohne ernsthafte Nachteile.)
Obwohl teuer, ist sein Plan einer der wenigen, der der Pandemie angemessen ist: es sieht aus wie ein Kriegsplan, und aus diesem Grund kann es in einem Kriegsszenario, in einer Kriegswirtschaft funktionieren.
Was denken Sie?
Wenn die neuen Vorschläge irgendetwas klarstellen, dann dass wir theoretisch das Leben wieder normalisieren können oder etwas Ähnliches, sogar vor einem Impfstoff. Kurz gesagt, sie machen deutlich, dass es einen Ausweg gibt Pandemie. Aber einige Dinge müssen berücksichtigt werden: vor allem die Art des Tests selbst.
PCR, Kreuzung und Freude an Covid-19-Tests
Wenn Sie heute trockenen Husten und Fieber haben und einen COVID-19-Tupfer nehmen, werden Sie wahrscheinlich einen Test machen, der nicht für eine außer Kontrolle geratene Pandemie ausgelegt ist. Welche?
Es heißt "Reverse Transkription Polymerase Chain Reaction"-Test oder PCR und ist eines der Wunder der Medizin. Seine Erfindung im Jahr 1983 ebnete den Weg für das Humangenomprojekt, die Früherkennung bestimmter Krebsarten und vieles mehr.
Wie funktioniert die PCR?
Es funktioniert im Grunde ein bisschen wie der "Klonstempel" von Photoshop. Mit einer speziellen Mischung aus Chemikalien, die als „Reagenzien“ bezeichnet werden, und einer speziellen Maschine, die als „Thermocycler“ bezeichnet wird, dupliziert die PCR einen bestimmten Strang genetischen Materials hunderte Millionen Mal.
Bei der Verwendung als Covid-19-Test sucht die PCR-Technik nach einer spezifischen Nukleotidsequenz, die für das Coronavirus einzigartig ist. Eine Folge von KNNs, die es sonst nirgendwo gibt. Immer wenn eine PCR-Maschine (zum Beispiel die des multinationalen Unternehmens Roche) auf dieses Filament trifft, erstellt sie eine Kopie sowohl dieser Sequenz als auch eines fluoreszierenden Farbstoffs. Wenn die Roche-Maschine nach hundertmillionenfacher Vervielfältigung sowohl der Zahnseide als auch des Farbstoffs eine bestimmte Menge Farbstoff erkennt, interpretiert ihre Software die Probe als positiv. Um einen „bestätigten Fall von COVID-19“ zu haben, ist ein PCR-Gerät erforderlich, um den Farbstoff in einer Probe zu erkennen und einem Techniker anzuzeigen.
Immer wieder getestet, funktioniert die PCR-Technik bemerkenswert gut: Mit den besten PCR-Tests können innerhalb von Stunden nur 100 Kopien viraler RNA in einem Milliliter Speichel oder Nasenschleim zuverlässig nachgewiesen werden.
Warum muss die PCR bestanden werden
Die Genauigkeit des PCR-basierten Covid-19-Tests macht ihn bei weitem zum anerkanntesten und bevorzugten. Aber heute „lähmt“ es effektiv die globale Reaktion auf die Pandemie. Da?
Eine wachsende Zahl klinischer Studien zeigt, dass PCR-basierte Covid-19-Tests eine wichtige Achillesferse haben. Welche? Die wichtigsten Fragen, die ein Test beantworten kann, sind: Ist diese Person jetzt infiziert und ansteckend? und wenn es nicht ansteckend ist, könnte es bald sein? Die PCR kann diese Fragen nicht beantworten.
Stellen Sie sich vor, Sie haben Covid-19 (Gott bewahre es). Hier: Jetzt bist du krank, es ist Tag Null, aber es ist unmöglich, dass jeder es weiß. Erst in den folgenden Tagen verbreitet sich das Virus lautlos im Körper und repliziert sich selbst. Am dritten Tag befindet sich möglicherweise genug Virus in Nase und Speichel, so dass eine Probe von beiden durch PCR positiv getestet werden würde.
Bald werden Ihre Atemwege so mit dem Virus überfüllt sein, dass Sie ansteckend werden und das Virus jedes Mal, wenn Sie sprechen, rauchen oder schreien, in die Luft sprühen.
Aber Sie werden sich wahrscheinlich erst am fünften Tag krank fühlen, wenn Sie beginnen, Symptome wie Fieber, trockenen Husten oder Geruchsverlust zu entwickeln. In den nächsten Tagen werden Sie noch ansteckender.
Und hier ist das erste Problem mit der PCR. Um eine Übertragungskette zu durchbrechen, müssen sich die Mitarbeiter des Gesundheitswesens schneller als das Virus bewegen. Wenn sie Menschen frühzeitig testen könnten, beispielsweise um den dritten Tag, und in ein oder zwei Tagen ein Ergebnis erzielen könnten, könnten sie sie möglicherweise isolieren, bevor sie zu viele Menschen infizieren.
Es passiert nicht.
Abgesehen von so vielen tugendhaften Modellen kann der Durchschnitt der Steuerelemente mit diesen Rhythmen nicht mithalten. Und wenn es fehlschlägt, enthält es den Virus nicht.
Nachdem die Symptome um den XNUMX. Tag herum einsetzen, können Sie mehrere Tage oder mehrere Monate lang symptomatisch sein. Einige neuere Studien deuten jedoch darauf hin, dass Sie etwa am vierzehnten Tag, also neun Tage nach Auftreten der Symptome, nicht mehr ansteckend sind, selbst wenn Sie noch Symptome haben.
Zu diesem Zeitpunkt gibt es keine lebenden Viren mehr in den oberen Atemwegen. Da jedoch Millionen von toten Viruspartikeln den Mund und die Nasenhöhle auskleiden, könnte die PCR-Empfindlichkeit positive Covid-19-Tests ergeben. Wochenlang konnte man immer noch positiv sein, auch ohne zu sein.
Und hier ist das zweite Problem mit der PCR: Zu diesem Zeitpunkt der Krankheit bedeutet ein positiver PCR-Test weder, dass Sie ansteckend sind, noch, dass das SARS-CoV-2-Virus noch lebt. Es ist nicht mehr sinnvoll, die Kontakte zu verfolgen, die Sie in den letzten fünf Tagen hatten, da Sie nicht infiziert sind. Es macht auch keinen Sinn, zu Hause zu bleiben. Mit dem PCR-basierten Covid-19-Test kann die öffentliche Gesundheit nicht leicht zwischen einem positiven Tag zwei und einem positiven Tag 35 unterscheiden.
Das letzte Problem bei PCR-Tests ist jedoch noch einfacher: Es wird nie genug geben.
Wie ich bereits sagte, ist es für Labore seit Monaten schwierig, die teuren chemischen Reagenzien zu beschaffen, die eine RNA-Vervielfältigung ermöglichen. Anfang dieses Sommers gab es einen weltweiten Ansturm auf Pipettenspitzen – die Einweg-Plastikstäbchen, mit denen Flüssigkeiten zwischen Fläschchen bewegt werden. Manchmal sind die PCR-Geräte selbst der Flaschenhals – schließlich überstieg die Anzahl der Tests bei weitem die Leistungsfähigkeit der Geräte.
Und wenn die Tests wie erwähnt ausfallen, leidet das gesamte medizinische System. Ohne GEWISSERE und RECHTZEITIGE Ergebnisse kommt es nicht heraus.
Und stellen Sie sich das asymptomatische vor
Die „Superkraft“ von Covid-19 ist genau das. Es gibt stumme Sprecher, die wochenlang ansteckend bleiben können, aber nie Symptome entwickeln. Sie machen 20 bis 40 % aller Infektionen aus.
Einige Studien legen nahe, dass sie ansteckender sind als symptomatische Menschen, die länger Viruslasten tragen.
Die Herausforderung ist klar: Wir brauchen eine Vielzahl von Tests. Die Bevölkerung muss gescreent werden. Angenommen, Sie möchten alle Italiener einmal pro Woche testen: 8 Millionen Tests pro Tag wären erforderlich. Wie kommen wir dorthin?
Pooling
In absehbarer Zeit besteht die einzige Möglichkeit, Tests zu erweitern, darin, mehr Tests aus dem bestehenden PCR-System herauszuquetschen. Die beste Lösung, dies schnell zu tun, ist eine Technik namens "Pooling“, wodurch täglich einige hunderttausend zusätzliche Tests aus dem System eliminiert werden könnten.
Das System ist einfach: Anstatt jede Probe einzeln zu testen, kombinieren Labore einige wenige Proben und testen diese "gepoolte" Probe dann als eine.
Die Technik wurde von erfunden Robert Dorfmann, ein Harvard-Statistiker, um während des Zweiten Weltkriegs amerikanische Soldaten auf Syphilis zu testen. Heute wird es häufig von öffentlichen Gesundheitslabors verwendet, um auf HIV zu testen.
Es funktioniert so: Ein Techniker untersucht die Proben nicht einzeln, sondern erstellt eine Gruppe von 50 Proben und testet sie gemeinsam. Wenn die gepoolte Probe negativ istKeiner der 50 hat das Virus, und um herauszufinden, welches Material für einen einzelnen Test erforderlich ist, wurde es verwendet.
Wenn die gepoolte Probe positiv istbeginnt eine neue Phase. Der Techniker gruppiert dieselben Proben erneut, diesmal in kleineren 10er-Gruppen, und überprüft sie erneut. Wenn einer dieser kleineren Pools positiv ist, testet er jede einzelne Probe, die er enthält. Am Ende des Versuchs testete er 50 Personen, aber er verwendete nur ein Dutzend Tests.
Dieser Ansatz spart im Laufe eines Tages Hunderte von Tests.
Pooling ist jedoch nur ein Fallback
Pooling funktioniert am besten bei relativ seltenen Krankheiten wie HIV und Syphilis. Wenn eine Krankheit zu häufig auftritt, lohnt sich die Zusammenführung von Proben durch Mischen und Mischen möglicherweise nicht.
Der Schlüssel zur Änderung dieses Ansatzes ist "Front-End-Pooling". Stellen Sie sich vor, dass Kinder jeden Tag, wenn sie in ihrem Klassenzimmer ankommen, kurz ihre Masken abnehmen und in einen Behälter spucken. Die gepoolte Probe konnte am nächsten Morgen mit einem Ergebnis analysiert werden. Negativprobe? Alle in der Klasse. Positive Probe? Alle zu Hause und Einzeltests.
Front-End-Pooling könnte Zeit und Kosten reduzieren, unter anderem durch Materialeinsparungen. Natürlich gibt es derzeit kein Gerät, mit dem so viele Kinder sicher in eine Durchstechflasche spucken können. Es müsste schnell entwickelt werden.
Der Front-End-Pooling-Ansatz wurde noch nie ausprobiert, da er nur im Pandemiefall sinnvoll ist.
Dann der Test, über den wir am Anfang dieses Beitrags gesprochen haben.
Was ist, wenn es einen Test gibt, der in großen Stückzahlen erstellt werden kann und keinen speziellen Leser erfordert? Was ist, wenn es eher wie ein Schwangerschaftstest funktioniert, ein Verfahren, das Sie zu Hause und nicht nur in einer Arztpraxis durchführen können?
Diese Tests existieren, wie erwähnt, (seit April) und werden von durchgeführt e25 bio, ein Startup mit 12 Personen. Ein e25-Test ist ein Papierstreifen, wenige Zentimeter lang und weniger als einen Zentimeter breit. Es braucht nur wenig Speichel, eine Kochsalzlösung und einen Becher und liefert in 15 Minuten ein Ergebnis. Genau wie ein Schwangerschaftstest erfordert er keine Maschine, kein Reagenz oder einen Arzt, um zu funktionieren.
Seine Qualität besteht darin, dass es auf das Vorhandensein des charakteristischen Spike-Proteins des Coronavirus reagiert, der Struktur auf der „Haut“ des Virus, die es ihm ermöglicht, sich an menschliche Zellen zu binden und in diese einzudringen.
Das Spike-Protein ist die wichtigste Struktur des Coronavirus. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Infektion des Virus und ist das Ziel sowohl der Antikörper als auch vieler Prototypen zukünftiger Impfstoffe.
Wenn diese Tests in ausreichender und großer Anzahl erstellt würden, würden Sie akzeptieren, sich jeden Tag, jeden Tag für was auch immer einzureichen?
Wohlgemerkt: Der Plan, sagt Michael Mina, würde sich nicht darauf beschränken, den Schaden der Pandemie zu mindern. Es könnte es beenden.
Um der Pandemie zu entkommen, besteht das Ziel in der Praxis darin, die Geschwindigkeit des Feindes zu übertreffen. Überschwemmung der Welt mit Milliarden von Tests, die nicht perfekt, aber gut genug (und schnell) sind, um Covid-19 zu stoppen.
Tests dieser Art haben natürlich Nachteile.
Das tägliche Testen von zig Millionen Menschen wäre eine beispiellose biotechnologische Intervention, die unvorhersehbare und unangenehme Nebenwirkungen haben könnte. Minas Plan hat wahrscheinlich noch nicht alle betrieblichen Konsequenzen berücksichtigt.
Grundsätzlich könnte mein Mai 2021 so aussehen
Impfstoffe werden verteilt. Ich habe es noch nicht getan, aber es gibt keine soziale Distanzierung mehr. Als meine Tochter das Klassenzimmer betritt, nimmt sie kurz ihre Maske ab und spuckt in eine Plastiktüte; Alle anderen Kinder und der Lehrer auch. Der Beutel wird dann an ein nahe gelegenes Labor geliefert. Wenn ich zur Arbeit komme, spucke ich in einen Plastikbecher und gehe dann in einem abgelegenen Raum einen Kaffee trinken. In 15 Minuten bekomme ich eine Benachrichtigung: Tagesscreening bestanden, ich kann den Tag beginnen. Ich trage immer noch die Maske an meinem Schreibtisch und versuche, öffentliche Bereiche zu meiden, aber die Infektionsraten sind sehr niedrig. Am Samstagabend gehen die Familie und ich mit Freunden und Familie in ein Restaurant und machen vor dem Betreten noch einen Test. Es ist jetzt normal, am Eingang jedes öffentlichen Ortes Behälter mit Kochsalzlösung zu sehen, Ordner für Tests mit dem Papierstreifen, der seine Farbe ändert. Bevor ich das Baby ins Bett bringe, warnt mich eine weitere Nachricht von ihrer Schule: Niemand in der Klasse wurde heute Morgen positiv getestet. Auch morgen ist ein Präsenzunterricht möglich.
Es gibt keine technischen Hindernisse für diese Ansicht. Nur ein Mangel an politischem Willen.
Ich weiß bereits, dass dieses tägliche Covid-19-Testszenario auf dem Papier wie ein Albtraum aussieht, wenn auch viel weniger als das aktuelle. Aber der Weg ist lang und das Virus könnte hier bleiben.
Es gibt möglicherweise nur wenige Alternativen zu einem aktuellen System. Wir können unnötig und schmerzhaft Zeit damit verschwenden, eine Vergangenheit wiederherzustellen, die einfach nicht zurückkehren kann.
