ثورة في الاختبارات اليدوية التي ستصمد بعد الوباء

تخيل المشهد: إنه عام 2023، يستيقظ الجميع في شمال غرب لندن على رسالة نصية تخبرهم أن هناك مستويات عالية من الأنفلونزا والنور وفيروس في منطقتهم، إضافة إلى تفشي كوفيد - 19. تشعر أنك لست على ما يرام قليلا. تمشي إلى خزانة حمامك وتجري اختبارا منزليا يمكن أن يخبرك ما إذا كنت مصابا بفيروس كورونا أو الأنفلونزا أو ربما مجرد نزلة برد.
يقول جون بيل، أستاذ الطب في جامعة أكسفورد الذي قاد الطرح واسع النطاق في المملكة المتحدة لما يسمى أجهزة التدفق الجانبي LFD التي يمكن استخدامها في المنزل وتعطي نتائج الاختبار في غضون 20 دقيقة: "كان الوضع في العالم القديم هو أن تقول: أظن أن من الأفضل الذهاب إلى العمل. وبحلول نهاية اليوم تكون قد نقلت العدوى إلى 20 شخصا. لكن يوجد الآن عالم جديد يمكنك فيه أن تجري اختبارا لمعرفة ما إذا كنت مصابا بالعدوى وأن تتأكد من عدم نقلها إلى الآخرين".
الوباء غير وجه التشخيص، حيث أدخل الاختبارات إلى المنزل بطريقة لم يتخيلها كثير من مسؤولي الصحة العامة قط.
بدأ الوزراء والعلماء في التركيز على نوع جهاز الاختبار الذي يجب أن يكون موجودا للاستخدام مع انحسار الوباء، ويرجو كثيرون أن توفر الاختبارات الذاتية العمود الفقري لثورة تشخيص بعد فيروس كورونا.
في حين أن الإنفاق العام الضخم -تم إنفاق نحو 19 مليار جنيه على جميع أشكال اختبار كوفيد - 19 حتى الآن في إنجلترا وحدها- لا يمكن أن يستمر، ستكون هناك حاجة إلى نظام لاكتشاف حالات تفشي المرض الجديدة بسرعة وتحديد المتغيرات الجديدة. هناك طلب كبير على الأدوات التي يمكنها التمييز بين كوفيد والأنفلونزا ونزلات البرد حيث لا تؤدي خنفرة بسيطة في الشتاء إلى فترة من العزلة الذاتية القسرية.
في الوقت نفسه، يبحث العلماء المسؤولون عن الاختبارات الجينومية الرائدة عالميا في المملكة المتحدة، التي توسعت بسرعة خلال الوباء، عن طرق لتطبيق القدرات على تهديدات صحية جديدة ومختلفة. بالنظر إلى الموارد التي وضعتها المملكة المتحدة للاختبار أثناء الوباء، ستتم مراقبة الاستثمار في الاختبارات المنزلية عن كثب في جميع أنحاء العالم.
يقول البروفيسور كريس مولوي الرئيس التنفيذي المنتهية ولايته لمنظمة Medicines Discovery Catapult -منظمة غير ربحية تمولها الحكومة: "من المقبول عموما أننا حققنا تقدما يعادل عقدا من الزمان في غضون عام". أنشأ مولوي وقاد شبكة المختبرات المؤقتة الضخمة في المملكة المتحدة التي أطلق عليها اسم Lighthouse Labs.
تاريخيا، كان ينظر إلى التشخيص على أنه قريب غير مرغوب للأدوية والرعاية الصحية ... لكن الناس الآن على استعداد لاستخدامه في المنزل وبيئة العمل وتغيير سلوكهم على خلفية النتيجة". ومع ذلك، حتى بعد الاستثمارات الضخمة في العام الماضي والآمال الكبيرة في هذا المجال، لا تزال هناك أسئلة أساسية حول الفعالية الأساسية لبعض الاختبارات التي يتم إجراؤها في المنزل.
يقول ويل إيرفينج، أستاذ علم الفيروسات في جامعة نوتنجهام، عن أجهزة التدفق الجانبي: "نحن في هذه الحالة السخيفة حيث يدعى الأشخاص لاختبار أنفسهم مرتين في الأسبوع من خلال اختبار غير موثوق في الواقع. إذا حصلت على نتيجة سلبية، فهذا لا يعني أنك لست مصابا، وإذا حصلت على نتيجة إيجابية، فهذا لا يعني أنك مصاب".

إرث اختبار البنية التحتية

بعد أشهر من نقص العرض وحالات التأخير وبعض الأخطاء الفادحة، بحلول ديسمبر من العام الماضي كانت المملكة المتحدة قادرة على التفاخر بأنها واحدة من أعلى قدرات الاختبار في العالم المتقدم. في ذروتها خلال كانون الثاني (يناير)، كان لديها الموارد لإجراء ما يزيد على 800 ألف اختبار للمعيار الذهبي، تفاعل البوليميراز المتسلسل PCR يوميا، ارتفاعا من 2000 فقط في فبراير 2020. رغم الدقة العالية، إلا أن الاختبار يستغرق ما يصل إلى 24 ساعة لتقديم النتائج على اعتبار أنه يحتاج إلى المعالجة في المختبر.
مع انخفاض معدلات الإصابة في المملكة المتحدة، ويرجع ذلك جزئيا إلى حملة التطعيم، حتى مع المتغير الجديد الذي تم التعرف عليه لأول مرة في الهند يتم إلقاء جزء كبير من الاستثمار هذا العام في شراء وتوزيع أجهزة التدفق الجانبي LFD. المملكة المتحدة قادت الحملة في نشر هذه الأداة التشخيصية، حيث تعهدت بمليارات الجنيهات وعرضها مجانا لكل فرد من الجمهور لإجراء اختبار مرتين في الأسبوع.
على حد تعبير أحد المسؤولين الحكوميين، "بشكل أساسي تحل محل كل شيء آخر حيثما أمكنها ذلك"، موضحا أن المملكة المتحدة تجري حاليا نحو 25 مليون اختبار LFD في الأسبوع.
الاستخدام الواسع لهذه الاختبارات في المستقبل سيكمن في إمكانية استخدامها للكشف عن عديد من مسببات الأمراض في الوقت نفسه باستخدام عينة واحدة. في حين أن هذه الاختبارات المتعددة موجودة من قبل في اختبارات PCR التي تتم معالجتها في المختبر، لا يزال هناك عمل مطلوب لتطوير تقييمات سريعة يمكنها أن تفعل الشيء نفسه. يقول الخبراء إن التشخيصات من هذا النوع ستكون حاسمة عندما تظهر الأنفلونزا مرة أخرى من الظلال التي كانت محصورة فيها بسبب القيود الاجتماعية في عام 2020. يرى مسؤول الاختبار والتقصي في خدمة الصحة الوطنية: "من المحتمل أن يعود موسم الأنفلونزا بمنتهى القوة لأن نظام المناعة لدى الجميع لم يتم تحضيره بالمستوى المناسب".
ويوضح أكسل هايتميلر، الذي كان مدير الاستراتيجية والابتكار في الاختبار والتقصي حتى وقت قريب: "إذا كان بإمكانك التمييز مبكرا بين ما إذا كانت الإصابة فيروس كوفيد أم الأنفلونزا، فسيكون ذلك تحسنا هائلا، لذلك يجب أن يكون الجبهة التالية".
لكن العلماء يواصلون الاعتراك حول دقة الاختبارات التي يتم إجراؤها في المنزل. في عام 2020، تركز الجدل حول ما إذا كانت هذه الأجهزة قد أخطأت نسبة كبيرة من الحالات، حيث أشارت بعض الدراسات إلى أنها التقطت ما بين 40 و60 في المائة فقط من الإصابات النشطة. يرد المؤيدون بالقول إنها جيدة في التعرف على الحالات التي يكون فيها الأفراد في الواقع قابلين لإصابة غيرهم بالعدوى، بدلا من الفترات السابقة للعدوى التي يمكن أن تحددها اختبارات PCR.
في الأشهر الأخيرة، مع انخفاض انتشار كوفيد - 19، تحول الانتباه إلى ما إذا كانت هذه الاختبارات تبين للأشخاص أنهم مصابون بالمرض عندما لا يكونون كذلك -المعروفة باسم "الإيجابيات الكاذبة". أعرب خبراء الفحص عن قلقهم من أن الأغلبية العظمى من النتائج الإيجابية التي أعطتها الاختبارات في المناطق التي يكون فيها انتشار الفيروس منخفضا من المحتمل أن تكون غير دقيقة. يقول إيرفينج من جامعة نوتنجهام: "لا يمكنك في أي موقف آخر تقديم تكنولوجيا صحية أو دواء دون إجراء تحليل اقتصادي صحي. قد يكون الأمر يكلف مليون جنيه لكل حالة تم منعها -ليس فقط أن ذلك لم يتم حسابه مطلقا، لكن لا يوجد أي بديل آخر".
لكن الحكومة لم تقدم حتى الآن أي مؤشر على أنها ستتراجع عن استخدام هذه الأجهزة، وبدلا من ذلك تحاول يائسة دعم الإمدادات المحلية.
في الأشهر الأولى من الوباء، حددت خطة طموحة لبناء صناعة تشخيص محلية وتعزيزها لإجراء الاختبارات السريعة، وولد الاتحاد الذي يحمل الاسم الدال على التفاؤل، وتكتل الاختبارات السريعة في المملكة المتحدة UK RTC.
رغم هذه الخطط، كانت الحكومة تعتمد بشكل كبير على شركة أمريكية مملوكة للأسهم الخاصة تسمى إينوفا لدعم رؤيتها الاختبارية. قدمت الشركة الموجودة في كاليفورنيا أكثر من مليار اختبار، تبلغ قيمتها أكثر من ثلاثة مليارات جنيه، إلى المملكة المتحدة، التي تعد أكبر أسواقها لأجهزة LFD.
أخبرت إينوفا أخيرا "فاينانشيال تايمز" أنها ستبدأ في تصنيع ملايين الاختبارات يوميا في ويلز اعتبارا من يوليو 2021. كما قام تكتل UK RTC ببناء القدرة على إنتاج مليوني جهاز تدفق جانبي يوميا، لكن هذا لم يتم استخدامه بالكامل حتى الآن.
يقول البروفيسور مولوي، الذي قاد UK RTC لعدة أشهر، إن منتقدي سرعة البرنامج يحتاجون إلى سرد أطول. ويقول إنه بمجرد إنشاء التكتل وتشغيله بكامل طاقته، فإن المملكة المتحدة ستتضخم بأكثر من 20 مرة من حيث قدرتنا على إنتاج التدفق الجانبي.
ويضيف أن هذه الأجهزة ستستخدم لاختبار كوفيد - 19 في الأعوام المقبلة، إضافة إلى عدد من الأمراض الأخرى التي ستخوض المملكة المتحدة الحرب عليها لمعالجة تراكم الرعاية الطبية الذي تراكم في الـ 15 شهرا الماضية.
لكن مع تكاثر الخطط لتعزيز الإنتاج المحلي، فإن أحد الأسئلة التي كان يعترك معها جهاز الاختبار والتقصي خلال الأشهر الستة الماضية: كم من الوقت سيظل دافع الضرائب يتحمل فاتورة طرح هذه التكنولوجيا؟
يتساءل مسؤول جهاز الاختبار والتقصي: "ما موضع خلاف حقا ولم يتم تسويته على الإطلاق هو مدى اختبار الأحداث، واختبارات المدارس -حيث توزع أجهزة LFD مثل نشار الورق الذي ينشر على العروسين- ما مقدار ذلك الذي سيستمر من الصيف وما بعده؟"
تلتزم الحكومة بتقديم هذه الاختبارات مجانا للسلطات المحلية وأماكن العمل حتى نهاية يونيو على الأقل.
لكن يتعين على الأفراد شراء أجهزتهم الخاصة في حالة السفر والهدف هو دفع التوازن أكثر في هذا الاتجاه. تسعى الحكومة إلى إنشاء سوق خاصة فعالة للاختبارات، وحيث الهدف النهائي يتمثل في استخدام التشخيص ليصبح "بديلا قابلا للتطبيق للعزل الذاتي لمخالطي الأشخاص المصابين".
وقالت وزارة الصحة والرعاية الاجتماعية في بيان إنه "مع عدم ظهور أعراض على نحو واحد من كل ثلاثة أشخاص، فإن الاختبارات المنتظمة تلعب منذ الآن دورا مهما في السيطرة على الفيروس مع إعادة فتح المجتمع، بما في ذلك المتغيرات المثيرة للقلق".

اختبار حدود الابتكار

بينما يحتدم الجدل حول الاختبار في المنزل يعمل الباحثون في الأوساط الأكاديمية والصناعية بنشاط على الجيل التالي من حلول الاختبار لكوفيد - 19 وما بعده.
يجري تدريب النحل والكلاب البوليسية على شم كوفيد - 19 بمستوى عال من الدقة بشكل ملحوظ. وجد الباحثون في ديرهام وكلية لندن للصحة والطب الاستوائي أن الكلاب المدربة يمكن أن تكون أكثر فعالية في احتواء انتشار كوفيد - 19 من معظم أجهزة التدفق الجانبي.
طور الأكاديميون طريقة باستخدام تكنولوجيا تسمى قياس الطيف الكتلي التي يمكن أن تعطي المظهر الجزيئي لعينة فيروسية ويمكن أن تحدد بدقة ما إذا كان شخص ما مصابا بسارز كوف 2 مقابل مبلغ زهيد مقداره عشرة جنيهات لكل اختبار. يمكن تعديله لإضافة الكشف عن الأنفلونزا أو أي فيروس آخر مقابل جزء بسيط من القرش لكل اختبار، كما يقول باحثون من جامعة مانشستر وشركة ووترز، شركة أدوات مخبرية أمريكية.
في المقابل، كان لدى ألمانيا صناعة تشخيص إقليمية قوية أصلا، وتركز بشكل حصري تقريبا على اختبارات PCR، ما مكنها من تقديم اختبارات متسقة وسريعة للجمهور خلال الموجة الأولى من الوباء، الأمر الذي أثار حسد بقية العالم.
يقول هايتميلر: "لعبت ألمانيا كونشيرتو بيانو رائعا، وكان لديهم آلة واحدة، لكنهم عزفوها بشكل جميل. الآن، المملكة المتحدة في وضع أقوى والأوركسترا تتحد معا بينما ألمانيا تكافح من أجل الابتكار".
الابتكار البريطاني ظاهر خصوصا في المجال المشهور الذي تستخدم فيه أجهزة الكمبيوتر لتحليل ونسخ التسلسل الجيني الدقيق لكائن حي، المعروف باسم التسلسل الجينومي. ولد التسلسل الجينومي من الاكتشافات الجينية البريطانية الرائدة في القرن الماضي بما في ذلك عمل روزاليند فرانكلين وجيمس واتسون وفرانسيس كريك على الحلزون المزدوج تمتلك المملكة المتحدة الآن قدرة التسلسل الجينومي الأكثر تقدما في العالم.
في أوائل مارس 2020، وإدراكا لما قد يحدث خلال مسار الوباء، أرسلت شارون بيكوك، أستاذة الصحة العامة وعلم الأحياء الدقيقة في جامعة كامبريدج، بريدا إلكترونيا إلى خمسة من زملائها قائلة: "هل يمكنك الاتصال بي من فضلك؟
في غضون أسابيع، كانت قد جمعت اتحادا من الباحثين الجينوميين الرائدين في البلاد، وحصلت منذ ذلك الحين على تمويل بقيمة 32 مليون جنيه لرسم خريطة جينوم سارز كوف 2 أثناء انتشاره في جميع أنحاء المملكة المتحدة. ساعد اتحاد Cog-UK، الذي يتألف من 16 مختبرا على زيادة مقدار التسلسل الذي يحدث في المملكة المتحدة من 50 ألف جينوم سنويا إلى أكثر من 30 ألف جينوم في الأسبوع.
تقول بيكوك: "كانت هنا تكنولوجيا مستعدة تماما لإحداث أثر مهم. لكن نطاق وحجم التغيير خلال العام الماضي كانا غير عاديين".
سيستمر عمل مراقبة الجينوم هذا في دوره الحاسم لتحديد التغييرات في شدة الفيروس وفعالية اللقاحات. تقول بيكوك: "طالما أن التطعيم مطلوب، فستحتاج إلى مستوى معين من التسلسل".
بمجرد انتهاء الوباء، يأمل كبار الخبراء في ركوب موجة الحماس العام للتكنولوجيا لتطبيقها على التحديات الطبية الأخرى. تحدد بيكوك الطموحات لاستخدام التسلسل لالتقاط التغييرات في سلالات الأنفلونزا بشكل أسرع وتكييف اللقاحات مع المتغيرات المتداولة كل عام، وكذلك لاكتشاف أمراض جديدة في مياه الصرف الصحي وتتبع مقاومة مضادات الميكروبات AMR.
وتتساءل: "نحن نعمل منذ الآن على ترتيب تسلسل مياه الصرف الصحي لكوفيد - 19، هل يمكننا فعل الشيء نفسه بالنسبة لمقاومة مضادات الميكروبات؟ هذه هي المرة الأولى التي نفكر فيها، كدولة أو كعالم، في تسلسل مثل هذا بشكل استباقي للحصول على المعلومات".
تستخدم أغلب آلات التسلسل الجيني حول العالم كميات كبيرة من الطاقة الحاسوبية وتستغرق عدة أيام لقراءة الجينوم بأكمله، لكن هناك تكنولوجيا جديدة تظهر الآن حيث تجعل العملية أقل تعقيدا بكثير.
طورت شركة أكسفورد نانوبور البريطانية أجهزة محمولة يمكنها قراءة تسلسل فيروسي كامل في غضون ساعات، واستخدمها المسؤولون البريطانيون على نطاق واسع لتتبع تطور جينوم سارز كوف 2. يقول جوردون سانجيرا، الرئيس التنفيذي لأكسفورد نانوبور: "عندما تكون في حرب، تتسارع دورة الابتكار".
هناك المجال المتنامي الذي يحمل الاسم "علم الصيدلة الجيني" حيث يدرس العلماء الجينوم البشري -جميع الأحرف التي يبلغ عددها ثلاثة مليارات- لمعرفة ما إذا كان لدى الناس استعداد لردود فعل سلبية على بعض الأدوية.
جرى إرسال عينات دم للأفراد الذين عانوا جلطات دموية شديدة بعد تلقيهم لقاح أكسفورد / أسترا زينيكا لتحليلها إلى هيئة جينومكس إنجلترا، وهي هيئة حكومية. إذا كان من الممكن العثور على خيط جيني مشترك، فيمكن تقديم بديل للذين لديهم الخصائص نفسها، ما يقلل بشكل كبير من المخاطر المرتبطة باللقاح.
لكن بينما يظهر كوفيد - 19 علامات مبدئية على إبطاء انتشاره في الدول ذات المستويات العالية من التطعيم، يتساءل كثيرون في عالم التشخيص عما إذا كان سيتم تطبيق المستوى نفسه من الابتكار والاستثمار على الأمراض التي لم يتم تشخيصها أثناء الوباء.
يقول هايتميلر، الذي عاد إلى منصبه كعضو منتدب عام لشركة Imperial College Health Partners: "الشيء الذي يقلقني حالة الطوارئ الصحية الهائلة التي تلوح في الأفق. سيكون لدينا تراكم ضخم -لأنواع السرطان مثل الأمعاء والثدي والرئة- ونحن بحاجة إلى تطبيق رشاقة الحركة نفسها في التعرف عليها وتشخيصها".
ويضيف: "هل سنكون على استعداد لتحمل النوع نفسه من المخاطر التي تم التعرض لها أثناء الوباء للاستثمار في التكنولوجيات الجديدة؟