Är ett Coronavirus Breathalyzer-test möjligt?

AndreyPopov / Getty Images

Viktiga takeaways

• Forskare utforskar en andningsapparatsliknande enhet för att upptäcka COVID-19.
• Enheten är utbildad för att urskilja en “COVID-signatur” baserad på flyktiga organiska föreningar (VOC) i andningen.
• Ett andningstest kan ha en plats i virusscreening i framtiden, eventuellt på trånga platser.

Det enda som är så frustrerande som att vänta på att ta reda på om du har testat positivt för coronavirus, en process som kan ta dagar, kan vara att uthärda testet i första hand. Det vanligaste COVID-19-testet innebär att en lång pinne fastnat i näsborren för att samla utsöndringar från baksidan av näsan och halsen - inte precis en trevlig känsla. Men forskare bryter mark på enklare metoder. Man kan vara som att testa andningen för alkoholkonsumtion.

"Det är tanken att du har COVID-andedräkt", säger Makeda Robinson, MD, doktor, en smittsam sjukdom vid Stanford University, till Verywell. "Det har visats tidigare att virus och celler som är infekterade med virus kan släppa ut dessa flyktiga organiska föreningar eller flyktiga organiska ämnen i ditt andetag."

Forskare har utvecklat och genomfört en liten tidig studie på en andningsapparatsliknande enhet för att snabbt upptäcka närvaron av SARS-CoV-2, viruset som orsakar COVID-19. Resultaten publicerades nyligen iACS Nano, en publikation från American Chemical Society.

Hur det fungerar

Enheten har en sensor gjord av nanomaterial kopplade till VOC-känsliga molekyler. När VOC från andetag interagerar med sensorn förändras det elektriska motståndet och skapar ett mönster. Forskarna använde maskininlärning för att träna sensorn för att känna igen viktiga skillnader i utandad andedräkt och identifiera en möjlig COVID-19-signatur baserat på de elektriska motståndssignalerna.

För att träna sensorn att känna igen den möjliga COVID-19-signaturen, anlitade forskare tre grupper: 49 patienter med bekräftad COVID-19, 58 friska individer och 33 patienter med en icke-COVID-lunginfektion. Varje deltagare blåste in i prototypen i några sekunder.Därefter behövde forskarna avgöra om prototypens potentiella COVID-signatur var korrekt, så de testade enheten på ett mindre antal av de 140 deltagarna.

Är det exakt?

Vid att skilja COVID-19-fall från kontrollgruppen för friska individer var enheten 76% korrekt. Sensorn skilde mellan individer med COVID-19 och de som diagnostiserats med en annan typ av lunginfektion med 95% noggrannhet och mellan återvunna och sjuka COVID-19-patienter med 88% noggrannhet.

"Det är helt och hållet på vänster sida av utvecklingskurvan", säger Farley Cleghorn, MD, MPH, en epidemiolog och global hälsovårdspersonal vid Palladium, till Verywell. ”Det är den första rapporten. Och även om det visar lovande data, säger även författarna själva att vi behöver en större studie. ”

Testet var minst korrekt vid bestämning av COVID-19-infektion och friska försökspersoner. Studien registrerade ett antal falska positiva effekter, vilket kan leda till en ökad användning av sjukvården och i onödan bidra till överbelastning, säger Robinson. Men falska positiva saker kan vara mindre bekymrade än att sakna människor som är smittade.

"Om någon omedvetet har [COVID-19] och de stiger på ett plan eller om de går tillbaka till jobbet, utsätter du nu många människor för det", säger Robinson.

Vad detta betyder för dig

I framtiden kanske du kan ta ett andningsapparatliknande test för COVID-19. Men just nu är det bara testmetoder som beviljats ​​tillstånd för akut användning (EAU) av U.S. Food and Drug Administration (FDA) som kan erbjuda resultat.

Testet kan hjälpa till att mäta förbättringar

Robinson säger att hon är särskilt intresserad av att sensorn till viss del kunde skilja mellan patienter som var sjuka med COVID-19 och de som hade återhämtat sig.

"Det kan eventuellt berätta mer om hur människor förbättras eller inte förbättras över tiden", säger hon. "Det är inte definitivt att det skulle kunna göra det, men jag tror att möjligheten finns."

En begränsning av den inledande forskningen är att den inte tar hänsyn till många faktorer som ålder, kön, etnicitet, comorbiditeter och till och med var testet administreras. "Det här är en så liten studie som utfördes i Wuhan, Kina - så i en mer typ av homogen patientpopulation", säger Robinson. "Vi vet inte om COVID-19-andningen i det området kommer att likna andra."

Makeda Robinson, MD, doktor

Vi kan fortsätta utvecklas. Detta test kan faktiskt fortsätta bli bättre med tiden.

Men sensorn kan kanske tränas för att redogöra för dessa faktorer. "Jag tror att det verkligen är löftet om maskininlärning," säger Robinson. "Vi kan fortsätta att utvecklas. Detta test kan faktiskt fortsätta bli bättre med tiden."

Ett välkommet alternativ till svabbar

Det finns fortfarande ett behov av bättre testmetoder för SARS-CoV-2, särskilt alternativ som är mindre invasiva än den fruktade nasofaryngeala pinnen.

"Det är väldigt obehagligt", säger Rebecca Wurtz, MD, MPH, docent vid School of Public Health vid University of Minnesota, till Verywell. "Om det verkligen erhålls ordentligt, ska du trycka pinnen helt in i ryggen och sedan virvla den fem gånger."

Wurtz säger att hon inte har sett några studier om detta, men hon misstänker användarfel i insamlingen, särskilt på vissa testtestplatser där du faktiskt administrerar pinnen själv. "Jag tror att många laboratorietekniker och sjuksköterskor och andra människor som skaffar prover även i kontrollerad miljö är rädda för att skjuta den svabben hela vägen och orsaka sådant obehag", säger hon.

U.S. Food and Drug Administration (FDA) har beviljat tillstånd för akut användning (EAU) till 230 COVID-19-tester, inklusive 186 molekylära, 40 antikropps- och 4 antigentester. Andningstestet under utveckling faller inte i någon av dessa kategorier.

"Det har varit en slags den andra vågen", säger Robinson om att testa innovation. ”Vi har fått mer information om att olika provtyper faktiskt kan ha samma noggrannhet. Och nu har vi tagit oss till att fråga oss själva: 'Är det här det bästa och enda sättet?' "

Provsamling är bara hälften av striden. Även om nya och innovativa laboratoriemetoder är på gång, har guldstandarden för denna pandemi varit omvänd-transkriptas-polymeraskedjereaktionstest (RT-qPCR). PCR är en komplex och tidskrävande process som involverar kemikalier och maskiner i ett laboratorium, enligt FDA. Innan testningen börjar måste prover skickas till ett lämpligt laboratorium där de ofta väntar i kö.

Cleghorn säger att laboratorier helt enkelt säkerhetskopieras. Han gick till en gratis testsida för COVID-19 för ungefär en månad sedan, berättar han för Verywell. Omgångstiden för resultat på den webbplatsen var cirka 10 dagar. På den tiden säger han att människor kan ”sakna fönstret för att göra alla rätt epidemiologiska kontrollåtgärder som krävs för när någon antingen är positiv för koronavirus eller har blivit utsatt.”

De långa omgångstiderna för resultat gäller experter, särskilt medan testpositiva priser fortfarande är höga många ställen i USA och med förkylnings- och influensasäsongen snart. ”Vi rekommenderar att positivitetsnivån enligt jurisdiktion är mindre än 5%,” förklarar Cleghorn och citerar COVID-19-riktmärket som fastställdes av Världshälsoorganisationen i maj. ”Vi har cirka 30 stater i USA som inte har uppnått det . ”

Denna statistik, tillägger Cleghorn, "har lett till en mycket större aptit för andra tester. Och det är därför det har gjorts enorma, mycket bördiga ansträngningar för att utveckla antikroppstester, antigentester, icke-PCR-tester - allt som kommer att lindra en del av den börda vi upplever. ”

Använd fodral för andningstester

Så kommer vi alla att testas för ”COVID andetag” när vi går om våra dagar inom en snar framtid? "Själva testet liknar väldigt mycket en andningsapparat för ett alkoholtest", säger Robinson om prototypen som nämns i studien. "Och alkohol eller etanol är en VOC."

Med sin användarvänlighet kan ett andningstest vara ett användbart verktyg för screening vid ankomstplatsen, tillägger Robinson. Just nu utför många platser som skolor, kliniker och kontor temperaturkontroller och frågar individer om symtom. "Jag tror att det finns en riktig nisch för ett sådant diagnostiskt test eftersom det kräver så lite extra personal och behandlingstiden är så snabb", säger hon. "Vi har sett med återöppningen av skolor att det finns en hel del hit eller miss där."

Hypotetiskt kan en andningsapparat hjälpa skoladministratörer att screena eleverna mer exakt och effektivt. Och ett sådant test kan också användas på biografer eller sportevenemang. "Känsligheten och specificiteten måste förbättras", säger Wurtz, "men känsligheten och specificiteten hos de tester vi har just nu är inte för bra, och tiden och förseningen är betydande."

Den andningsapparatliknande prototypen använder guldnanopartiklar på sin sensor, och för Robinson väcker det några frågor. "Hur dyra är dessa tester?" hon säger. ”Hur ofta måste dessa sensorer bytas ut? Kan vi skala ett test som detta till mycket, mycket hög nivå? Jag har en fråga om huruvida detta är en hållbar lösning. ”

Wurtz håller med om att det är för tidigt att säga om vi tar COVID-19 andningsapparater innan vi går till skolan eller jobbar eller konserterar. "Jag blir inte så upphetsad över dessa saker", säger hon. "Men som ett utforskningsområde tycker jag att det är lovande."