全方面揭示新冠高通量检测的“火眼”模式

来源: 华大科技BGITech / 作者: 刘晨 / 时间: 2020-05-11
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为快速大幅提升检测能力,“纾临床诊断之困,解社会恐慌之压、破武汉封城之局”,武汉市东湖高新区政府支持建设、华大运行的新型冠状病毒核酸检测实验室,命名为“火眼”实验室,从设计到启动运营,仅仅用了 5 天时间,日均检测能力达到万人份。3 月 1 日样本接收峰值超过 1.4 万例,并在当日已提升通量能力至 2 万人份 / 日。3 月 5 日,当日样本接收峰值接近 1.6 万例。截至 3 月 22 日,全国“火眼”实验室已完成近 56 万人份检测,其中深圳已完成超过 31 万人份,全国日通量可达 6 万人份,根据需要整体可继续提升。

实验室方案可以短期提升检测能力,达到“早检测,早隔离”。同时,面对日益严峻的国外疫情,“火眼”实验室模式正在输出海外。有效地总结新冠高通量检测的“火眼”模式,将为全球新冠病毒防控带来有益启发。

近日,开放式学术研究平台 OSF(open science framework)在线更新了一篇关于新型冠状病毒防控的研究成果,首次介绍了华大自动化检测方法的高通量“火眼”模式。该检测模式对新冠病毒检测的通量可灵活适配,且可扩展满足不同通量样本的要求;其标准化质量体系可监控实验各流程检测结果有保障;在武汉其日检测能力达到万例以上的规模,该标准化的检测平台为政府及相关机构提供了一站式病毒检测平台方案,该方案对疫情检测防控有实效。

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文章第一作者:刘晨、黄标、周荣芳;

通讯作者:田志坚、黄金

1、完整的实验流程

为了高效、准确地进行核酸检测,本文介绍了一种灵活、高通量的检测模式 ,成功地在 COVID-19 流行中发挥了重要作用。为了短期内大幅提升检测能力,“火眼”使用了灵活的自动化提取方案,利用自动化提取方法和 qRT-PCR 技术开发了 SARS-CoV- 2 高通量核酸检测流程。

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“火眼”实验室主要流程包括:样本接收、样本灭活、信息录入、核酸提取、荧光 PCR 检测、报告发放,其中自动化提取只需一键开始就可完成病毒裂解、磁珠核酸提取、洗脱、回融等多个步骤。

2、灵活的自动化提取方案

该研究成果进一步比较了在不同通量的情况下,自动化实验室方案可以短期提升检测能力。其依赖 MGISP-960 自动化样本制备系统,能够在更少人员配比的情况下,在更短时间内完成更多样本的检测,达到“早检测,早隔离”。

常见的核酸提取方法有手工柱提取法和自动化磁珠提取法,其中磁珠提取法更加利于进行自动化流程的构建。本研究中,针对手工柱提取法和自动化磁珠提取法进行了比较,发现其结果完全一致,其内参基因的 Ct 值不存在显著性差异(Student t-test,P = 0.5057),自动化提取结果无显著性差异。在实验时间及人力安排上,自动化磁珠提取较手工柱提取更节省。

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自动化提取能实现一人多机操作,更高效

3、高效质控保证系统稳定性

大规模的临床检测中,质量控制极为重要。在“火眼”模式大规模核酸提取与检测过程中,研究人员设置了多个阴性及阳性对照,通过监控每一批次阴性 / 阳性对照的表现,确定提取效率及系统是否存在污染,保证系统稳定性。

同时,研究人员还统计分析了每天所有样本在大数据逻辑下的内参基因表现情况。通过数据偏离度、数据分布,对“火眼”实验室及实验过程进行监控,结果表明“火眼”实验室在达到 2W/ 天通量的情况下,对照数据质量稳定,结果可控。

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A 图为检测全过程中大数据下阳性参考品的(病毒及内参基因)Ct 波动,结果表明检测过程在正常范围内;B 图为提取及荧光 qPCR 的阴性质控孔 Ct 值表现,结果表明提取及荧光 qPCR 过程气溶胶等污染控制情况较好;C 图为大数据下,以时间维度区分的所有样本的内参基因的扩增 Ct 数值箱型图,结果表明在大数据维度下,检测过程正常稳定。

核酸检测方法作为冠状病毒传统检测方法,也是检测冠状病毒的金标准。“火眼”实验室基于核酸检测方法,提出了针对不同通量样本的实验室方案,在短时间内满足了武汉市的病原检测需要。其建立和通量的迅速提升,真正做到了每日检测清零,为武汉有效隔离感染者和健康人群提供了重要支撑。

当前 COVID-19 的全球大爆发背景下,快速准确检测大量样本已经成为全球疫情控制的需要。该研究不仅提出了大样本的自动化处理方法,更关注了大样本检测中的质量保证方案,及时避免污染的产生,将为全球新冠肺炎防控做出有益的启发。

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