【新冠肺炎‧解封】为何各国病毒检测一直短缺

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正当欧美各国陆续“解封”的时候,病毒检测的不足又再次成为各方热烈争论的话题。正如疫情初爆的情况一般,如果政府未能有效得知全国的整体疫情真像、未能迅速查出新冠肺炎患者并作出追踪和隔离,解封所带来的很可能会是另一波的疫情高峰和新一轮的封锁。

无论是在美国、英国、法国,还是作为欧美抗疫典范之一的德国,检测依然“未达标”。

多少测试才算足够?

根据哈佛大学的一个研究小组,美国要能检测500万至2,000万人才可安全地解封,让人们回复正常生活。2018年诺贝尔经济学奖得奖人罗默(Paul Romer)亦指出美国最好能每两周为所有民众检测一次,即每日需要超过2,000万个测试,其花费将高达1,000亿美元。

相较之下,目前美国每日检测数字只得大约22万,而特朗普政府4月27日公布的目标,也只是将此数在5月内提高至每日26万次。在美国检测能力目前最多可达至每日200万个测试的情况下,这些学界提出的检测目标,也许只能是空中楼阁。

首先在韩国打响名堂的免下车(drive-through)测试站已成世界各国的日常。(路透社)

其他国家的情况也不遑多让。英国目前每日能大约检测3万次,其检测能力为5.4万个;官方的目标是在4月底前能每日检测10万次。法国目前每周能检测20万次(半均每日接近3万次),其目标是要将检测提升至每周70万次。德国自4月初订下每周检测超过100万次的目标后,如今每周已能检测45万次,比当时上升近10万,而其检测能力也已上升至每周80万左右。

如果以“每人每两周检测一次”为标准的话,这些国家(包括全球其他国家)不只是现时未能达标,连他们的官方检测目标也达不到这个标准。不过,如果根据世界卫生组织(WHO)“阴性结果与阳性结果比例为10比1”的低标准来说,上述国家也就只有德国能仅仅达标。

何解疫情大爆两个月后,病毒检测仍然短缺?

病毒检测主要是检测从鼻腔深处或喉咙采得的黏液样本,看看当中有没有新冠病毒的核糖核酸(RNA)片段。如果结果呈阳性,这将表示检测当时受测者身上正带有新冠病毒。这种检测整个过程都充满了各种可让检测出现不足的短缺问题。

英国一处免下车测试站大排长龙。(路透社)

采样工具与运输之难

首先,在样本能送到实验室进行检测之前,采集样本已是一大难题。

其一,采集黏液样本常用的鼻腔拭子(nasal swab)其实并非较长的一支棉花棒而已,而是专门的医疗用品。其长达15厘米的棒身要有足够的灵活度用以深入鼻腔之中,而其棒头亦必须以特定的合成纤维制造,不能是棉花等可能含有会杀死病毒的化学物质的材料。

全球两大鼻腔拭子制造商,一家是位于美国缅因州(Maine)的清教徒医疗用品(Puritan Medical Products),另一家是设于意大利伦巴第地区(Lombardy)的高本诊断(Copan Diagnostics)。前者在疫情之前每周生产大约1,200种不同的拭子与采样工具,总量产为每日500万。截至4月第3周,两家公司在连番努力增产之下,每周也只能生产总数约600万支的鼻腔拭子,可见供应何等不足。

目前各国都有不少企业以3D打印技术帮助生产鼻腔拭子,可是不少除了遇上生产技术性的问题外,其成本也许会比上述的专业公司高出10倍之多。

鼻腔拭子却不是像棉花棒一舨容易生产的产品。(路透社)

其二,采集样本也需要大量穿戴着全身个人保护装备(PPE)的人员。在疫情人人自危、个人保护装备本来就供应不足的情况下,采样的能力也就大大受限。

其三,采集后的样本须存放于病毒运输培养液(viral transport media)之中,保持样本可供测试。病毒运输培养液本身就已面对供应短缺,而在不少国家的卫生规定中,这类样本属于高传染度的生化危险品,有各种运输容器与过程的规则要遵守,也使得大规模将样本运往各地不同的实验室难关重重。

病毒测试的过程

当样本送到实验室后,实验人员先要将样本放到带有化学物质的试管中,让化学物质先将病毒的外层(即新冠病毒的冠状层)破开,抽取出其RNA。

随后,实验人员将以移液器(pipette)将RNA放到装有试剂的试碟上,这些试剂将追踪RNA中有否新冠病毒的基因组。试碟将被送入机器,由当中的化学物质将RNA中的基因组复制大约10亿次——此过程称为聚合酶连锁反应(polymerase chain reaction)——再经由萤光灯测试新冠病毒是否存在。(如果样本中没有新冠病毒基因组的话,上述的复制和萤光下发亮的情况都不会发生。)

最后实验人员还要检视对照组——即实验前已知是阳性还是阴性的样本——去确定实验过程成功,并将结束输入电脑,呈送有关部门。

林林总总的检测仪器

在上述的整个检测过程中,最根本的当然是检测设备。首先,不同医疗设备公司生产的检测设备并不能互通互用,而它们所需的大约20种化学物质都有不同的混合比例。根据分子生物研究与诊断的专业新闻网站360Dx截至4月28日的统计,全球已有近90个不同的新冠肺炎病毒测试。在不同实验室所用检测设备也有所不同的情况下,其混乱情况可想而知。

当然,一国政府可以试图统一使用一种测试。可是,在美国的例子中,这正是美国初期检测严重不足的主因。目前,美国食品药品监督管理局(FDA)已实行“紧急使用授权”(Emergency Use Authorization),容许各实验室以自己的设备与方式去测试新冠病毒。此举虽让检测数量以几何级提升,却让检测用的化学物质供应愈加繁复,并造成不足。

实验室人手不足

同时,实验室与专业实验人员的供应也存在问题。其一,一所实验室在正式为病人样本作检测之前,必须确保其实验结果稳定可靠。这大概需要用超过一个月的时间去不断进行实验作证明。

其二,在最基础的新冠病毒测试当中,实验人员的每一轮测试也要用上大约两个小时的亲手作业。当病毒测试需求大增时,各国根本没有足够的受训人员去应付。

为此,不少医疗设备厂商也会出产可自动化检测程序的检测设备。可是,这些设备也会产生不同的额外难题。

一般的病毒测试需要实验室人员极多的亲手作业。(路透社)

自动化机器各有难题

例如由特朗普在白宫记者会上亲自“开箱”、由雅培公司(Abbott)开发的“ID Now”检测机器,只有少于20立方厘米的大小,方便携带、安放,同时可在5分钟内测出阳性样本、13分钟内测出阴性样本,一度被视为美国病毒检测的转捩点。

然而,在机器上市近两周后,雅培公司才发现如果样本曾被置于病毒运输培养液中作保存运送的话,其检测结果将呈现超过10%的假阴性结果,因此建议使用者将带有样本的拭子不经病毒运输培养液的保存而放进机器之中使用。这几乎是要让受检测者直接到机器旁边采样进行检测,使其适用范围大减。

同时,由于机器一次只能为一个样本进行检测,在短期内也难助各国急速增加其大规模检测的能力。

与其自动化既有的检测程序,不少医疗企业则决定不如寻求其他能够减少物资与人力要求的另类病毒测试。

当中的一类尝试是去除以鼻腔拭子采样的需要,改以唾液作为检测样本。美国罗格斯大学(Rutgers University)就发展出此类测试,其测试阳性例子的准确度达至95%,比一般以鼻腔拭子采样测试低大约3%。不过,这类测试除了不必使用供应短缺的鼻腔拭子外,其对采样工作人员的安全要求也较低——毕竟,受检测者可自行将唾液吐进容器内,不必经由采样人员近距离亲手采集。

4月15日,美国新泽西州(New Jersey)已开始使用唾液测试。(路透社)

抗原测试成希望?

另一边厢,为了减省人力要求与测试时间,麻省理工学院(MIT)的一家生物科技公司E25Bio也正研发使用新冠病毒的抗原(antigen)作为检测病毒存在的对象。

抗原,即新冠病毒外部冠状层尖刺状的蛋白质结构,也是病毒引起人体抗体反应的部份。抗原测试的开发比RNA测试的知识要求更高——开发者要先对病毒的生物原理和结构有深切认识,才能知道病毒的抗原会对哪一种抗体有反应。

E25Bio的抗原测试全程预计少于30分钟,而且是照护点测试(point-of-care test),应用极其方便。首先,测试要求鼻腔拭子采样,样本将放进一溶液之中,而溶液一边则设有一系列藏有不同人造抗体的纸条,当抗原与抗体产生反应时,该纸条的颜色就会改变。

这种抗原测试的准确度也较RNA测试低约3%至8%,不过其使用方便快捷,更被白宫冠状病毒应对协调官伯克斯(Deborah Birx)形容为“有可能让美国测试每一个人”的希望所在。

然而,无论病毒测试的短缺最终能否被解决,解封的要素也不止于“找出新冠肺炎患者,予以隔离、治疗,并作病毒追踪”那么简单。我们还需要知道在一国或一区的人口之中,到底有多少人“曾经感染过”新冠病毒、有多少人可能对新冠病毒有免疫能力、有多少人将有感染风险、有多少比率的患者属无征状病人、新冠病毒的真实死亡率到底有多高等等。这些问题,并不能完全透过只能检测“现有感染者”的病毒测试来解答。

这就是何以各国在病毒测试尚未充足之际,就先放眼于抗体测试的原因。

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