Ідентифікація зразків пацієнтів з COVID-19 собаками-нюхачами - Пілотне дослідження

У TiHo Hannover було досліджено, чи можуть дресировані собаки відрізнити зразки хворих на SARS-CoV-2 та тих, хто не заражений.

зразків

  • Пілотне дослідження показує: дресировані собаки розпізнають зразки пацієнтів з COVID-19.
  • Спеціалізовані службові собаки змогли навчитися диференціювати позитивні та негативні зразки всього за вісім днів.
  • Керівник досліджень проф. В одному з інтерв’ю Холгер Фолк пояснює, звідки виникла ідея дослідження та як зараз може йти справа.

Триваюча пандемія COVID-19 чітко показує, що для зменшення подальшого розповсюдження інфекції необхідні більш швидкі та надійні тести для виявлення симптоматичних та, насамперед, безсимптомних пацієнтів. У поточних тестах навчений персонал бере мазки з носоглотки, які потім проходять тест на ланцюгову реакцію полімеразної зворотної транскрипції (RT-PCR). Ці тести застосовуються на пацієнтах із підозрою на симптоми інфекції COVID-19. Для того, щоб ідентифікувати безсимптомних та безсимптомних осіб на додаток до інфікованих, існує потреба у більш швидких, надійних, неінвазивних та універсальних тестах. Тільки так можна стримати пандемію.

Дресировані собаки розпізнають специфічні для патогенів запахи

Минулі дослідження показали, що гострий нюх у собак може бути використаний для виявлення різних захворювань, таких як рак, малярія або бактеріальні та вірусні інфекції.
Дресировані собаки мають здатність розпізнавати патоген-специфічний запах, що складається з різних летких органічних сполук (ЛОС). Оскільки віруси не мають власного метаболізму, ЛОС вивільняються з відповідних інфікованих клітин за допомогою метаболічних процесів-господарів.

Пілотне дослідження зі службовими собаками бундесверу

мета дослідження

У цьому дослідженні вивчалось, чи можуть дресировані собаки відрізнити зразки від інфікованих SARS-CoV-2 пацієнтів від тих, які не заражені контролем.

Інактивовані зразки слини у пацієнтів з COVID-19

З одного боку, дослідники використовували зразки слини у пацієнтів з COVID-19, які виявляли клінічні симптоми та мали позитивний діагноз ГРВІ-CoV-2 у мазку з носоглотки. На противагу цьому, контрольна група була ГРВІ-CoV-2 негативною та клінічно нормальною. Не проводилось тестування на наявність інших вірусів корони.

Всі анонімізовані зразки були підтверджені як позитивні чи негативні за допомогою тесту RT-PCR SARS-CoV-2-IP4 від Інституту Пастера. Крім того, їх піддали кількісній оцінці вірусу (тест на розведення кінцевої точки) та аналізу ізоляції вірусу за допомогою клітин Vero E6 в умовах рівня біобезпеки 3. Крім того, була проведена інактивація бета-пропіолактоном для захисту собак та дресирувальників від зараження.

При дресируванні собак тренери використовували лише інактивовані BPL зразки пацієнтів із COVID-19. Крім того, собакам-сніферам давали негативні контрольні зразки з попередньою обробкою BPL і без неї, щоб виключити гідролізований BPL як можливий відволікаючий реагент.

Система виявлення собак

Тренінг був таким: Тренажери прокапали 100 мкл реагенту на ватяний диск, який потім помістили у скляну трубку. Ідентифікацію зразків проводили за системою підготовки собак для виявлення (DDTS; Kynoscience UG, Німеччина). Система підготовки собак Detection складається з семи отворів для ароматів. У кожному пробному запуску лише одна лунка містила позитивний зразок SARS-CoV-2, тоді як інші шість лунок містили негативні зразки. Якщо собака вказала дірку на позитивній пробі, вона автоматично отримувала винагороду (їжу або кульку). Тим часом, програмне забезпечення випадковим чином створило нову позицію для наступного циклу вибірки, гарантуючи, що вибірки були представлені в рандомізованому та автоматизованому режимі.

Результати

Кінологи звикли вісім собак до машини протягом двох тижнів і протягом тижня тренували їх на DDTS. Після того, як собаки були піддані загальній кількості 10 388 презентацій зразків під час навчання, було проведено та оцінено контрольоване подвійне сліпе дослідження.

У рандомізованих та автоматизованих 1012 представленнях зразків собаки продемонстрували середній загальний коефіцієнт виявлення 94 відсотки при 157 правильних показаннях SARS-CoV-2 позитивних, 792 правильних негативних, 33 хибнопозитивних та 30 помилково негативних показань. Собаки розрізняли заражених та неінфікованих осіб із загальною діагностичною чутливістю 83 відсотки та специфічністю 96 відсотків.

Можливе використання собак-нюхачів для скринінгу на COVID-19

Після дресирування службові собаки змогли розрізнити заражених хворих на ГРВІ-CoV-2 та здорових осіб контролю з високою чутливістю та специфічністю завдяки їх вираженому нюху.

Таким чином, собаки, що виявляють SARS-CoV-2, можуть бути ефективною та надійною альтернативою або доповненням до регулярного скринінгового тесту RT-PCR. Особливо це стосується країн, які мають обмежений доступ до діагностичного тестування. Крім того, використання дресированих собак-нюхачів в аеропортах, на кордонах або на масових заходах може бути використано як доповнення до лабораторних досліджень і таким чином запобігти подальшому поширенню пандемії.

Оскільки це пілотне дослідження було піддано численним обмеженням, необхідні майбутні дослідження, щоб краще зрозуміти потенціал та межі використання собак-нюхачів для виявлення вірусних захворювань у людей.

Інтерв'ю з керівником дослідження проф. Холгер А. Фолк

Редактори практики дрібних тварин поговорили з Хольгером Фольком про це пілотне дослідження, яке було опубліковане у співпраці з німецькими збройними силами, медичною школою в Ганновері, медичним центром університету Гамбурга-Еппендорфа та Ганновером TiHo.

Як виникла ідея реалізації цього поточного пілотного дослідження?

Професор доктор Холгер А. Фолк: Ми працюємо в галузі нюхових когнітивних досліджень у собак. Коли почалася пандемія, ми обговорили в TiHo, як ми можемо об’єднати свої знання в галузі вірусології та когнітивних досліджень, щоб допомогти. Бундесвер є піонером у навчанні службових собак і був ідеальним партнером для втілення цієї ідеї в життя.

Вісім днів - це дуже короткий період навчання. Чи справді собаки так швидко навчаються або наскільки складним є їх дресирування?

Професор доктор Холгер А. Фолк: Ми працювали зі спеціальною автоматизованою „машиною для вивчення запаху”, яка в ігровій формі навчала собак. Собаки теж не були звичайними собаками, а спеціалізованими собаками-нюхачами.

Позитивні зразки були у пацієнтів, які важко хворіли. Чи не може бути так, що собаки нюхали загальну інфекцію і не обов'язково ГРВІ-CoV-2?

Професор доктор Холгер А. Волк: Є багато факторів, на які нам потрібно уважніше розглянути. Це було лише пілотне дослідження. Однак є перші дослідження, які показують, що інфекція SARS-CoV-2 видає специфічний летючий "ароматний коктейль".

За даними BioStoffV, ГРВІ-CoV-2 підпадає під групу ризику 3 - як ви могли забезпечити дотримання всіх захисних заходів?

Професор доктор Холгер А. Волк: Зразки були отримані під даними захисними заходами в лікарнях наших партнерів по співпраці (Ганноверська медична школа, Університетська клініка Гамбург-Еппендорф), а потім інактивовані у нашому TiHo в Дослідницькому центрі нових інфекцій та зоонозів (RIZ) перед тим, як їх представити собакам.

Перші результати надзвичайно захоплюючі. Обов’язково планується подальше вивчення. Можете щось розкрити?

Професор доктор Холгер А. Волк: Після дослідження - перед дослідженням. Зараз ми спробуємо розглянути обмеження першого дослідження, про яке ви вже згадали.

Оригінальна публікація:
Jendrny P, Schulz C, Twele F, Meller S, von Köckritz-Blickwede M, Albertus Osterhaus DME, Janek Ebbers J, Pilchová V, Pink I, Welte T, Manns MP, Fathi A, Ernst C, Addo MM, Schalke E, Volk HA (2020): Ідентифікація запаху собаки зразків пацієнтів з COVID-19 - пілотне дослідження. BMC Infect Dis 20 (1): 536. DOI: 10.1186/s12879-020-05281-3.

Додаткова інформація:
Тут ви можете почути проф. Холгер Волк в інтерв'ю radioeins (rbb).