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Aug 31, 2023

Nature Communications volume 14、記事番号: 3692 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

空気感染する SARS-CoV-2 ウイルスのリアルタイム監視は、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) のパンデミックが始まって以来、科学界が避けてきた技術的ギャップです。 SARS-CoV-2 検出のためのオフライン大気サンプリング技術は、所要時間が長くなり、熟練した労働者が必要となります。ここでは、SARS-CoV-2 エアロゾルをリアルタイム (時間分解能 5 分) で直接検出するための概念実証の病原体空気品質 (pAQ) モニターを紹介します。このシステムは、高流量 (~1000 lpm) 湿式サイクロンエアサンプラーとナノボディベースの超高感度マイクロ免疫電極バイオセンサーを相乗的に統合しています。湿式サイクロンは、市販のサンプラーと同等以上のウイルスサンプリング性能を示しました。実験室での実験では、デバイスの感度は 77 ～ 83%、検出限界は空気 1 m3 あたり 7 ～ 35 ウイルス RNA コピーであることが実証されています。当社の pAQ モニターは、屋内環境における SARS-CoV-2 変異体の要点監視に適しており、対象となる他の呼吸器病原体の多重検出にも適応できます。このような技術が広く採用されれば、公衆衛生当局が迅速な疾病管理措置を実施できるようになる可能性がある。

2019 年 12 月に始まったコロナウイルス感染症 2019 (COVID-19) のパンデミックは今も世界中の国々を悩ませており、世界保健機関は 2023 年 1 月の第 1 週に世界で 170 万人を超える新たな感染者が確認されたと報告しています1。重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS) -CoV-2) コロナウイルスはこの病気を引き起こし、感染者の咳、くしゃみ、呼吸、会話の際に排出される飛沫を介して広がります。空気感染は主な感染経路の 1 つとして認識されており 2,3、そのためこの病気の感染力は速く、毒性が強いです。この急速な感染拡大に対抗するため、世界中の政府は公共の場でのマスク着用の義務化、感染者の隔離、空気感染のリスクを軽減するための社会的距離などの政策を採用しました。しかし、このような規制措置は日常生活に悪影響を及ぼし、航空旅行の制限、身体活動の減少、大規模な社交集会の制限、学校やオフィスの閉鎖などの影響を及ぼしました。多くの国が通常の活動を再開するまでにほぼ 2 年かかりました。しかし、感染の恐怖と、たとえば 2022 年 12 月下旬に中国で見られたこの病気の定期的な急速な再発4は、病原体の空気感染の蔓延との戦いにおいて、大国ですら準備ができていないことを浮き彫りにしています。迅速かつ手頃な価格の地域レベルの感染検出プロトコルが利用できないことは、政策立案者が迅速な新型コロナウイルス感染症の感染緩和戦略を実施する際の制限要因となっています。空気中の SARS-CoV-2 エアロゾルを直接検出できるリアルタイムの非侵襲的監視デバイスは、感染管理戦略と通常の活動の再開のための潜在的なソリューションです。

オフライン空気サンプリング技術は、ウイルスエアロゾル検出に一般的に使用されており、サンプルの収集と分析は 2 段階で行われます。まず、スタンドアロンのバイオエアロゾルサンプラーを使用してウイルスエアロゾルが収集され、その後、サンプルはさらなる分析のために研究室に輸送されます。最近の研究では、凝縮成長ベースの液体サンプラー (PILS)、湿式壁サイクロンベースの PILS、フィルターサンプリングなどのオフライン空気サンプリング技術を使用し、その後、逆転写定量的ポリメラーゼ連鎖反応 (RT-qPCR) を使用してウイルス検出を行っています。病院内の空気5、6、7、8、9、ショッピングセンター10、公共交通機関10、住宅の部屋11、さらには屋外の空気12、13の空気中のSARS-CoV-2 RNAの存在を検出する。これらの発見は、感染の拡大を制御するために浮遊ウイルスを検出する監視方法の重要性を強調していますが、これらのオフライン方法は所要時間が長く（1 ～ 24 時間）、熟練した労働力を必要とし、リアルタイムの情報が得られないため、ウイルスの空気感染の蔓延を管理するために、迅速な制御措置を講じる必要があります。

95% collection efficiency for particles >1 μm and a cutoff diameter (where the collection efficiency is 50%) of 0.4 μm./p>10,000 copies/m3 (“high”). All experiments were performed either in duplicate or triplicate runs. A detailed description of the experimental setup and protocol is provided in Supplementary Method 5./p>200 lpm) had the highest virus recovery and were ideal for virus detection in an environment with low virus concentrations. However, low flowrate samplers (e.g., BioSampler®) provide a more accurate estimate of the virus concentration in the air. A similar finding was also reported by Luhung et al.40, where they investigated the effect of increasing the bioaerosol sampler flow rate (100 lpm to 300 lpm) on the bioaerosol recovery and concluded that high-flow air sampling maximized the time resolution and improved virus capture rate, especially at ultra-low bioaerosol concentrations. However, high-flow sampling is susceptible to inaccurate estimation of bioaerosol concentration per unit air volume. The underestimation of the virus RNA concentration by the wet cyclone in the chamber study could be due to evaporative losses, particle loss to the chamber walls, re-entrainment loss, or particle bounce commonly observed in high-flow wet cyclone sampling41,42./p>10,000 copies/m3 (high; n = 4). The data are presented as mean ± 1 SD of ‘n’ independent experiments (b) typical concentration of SARS-CoV-2 RNA copies measured in indoor air; the vertical dotted lines demarcate the low, medium and high virus concentration test levels; c PCR Ct value (inverted y-axis) of indoor air samples collected using the wet cyclone in apartments with SARS-CoV-2-positive patients (n = 7) and control room (n = 3). The data are presented as mean ± 1 SD of ‘n’ independent samples./p>1 μm ( ~ 100% collection efficiency). The LoD for the virus in the submicron-sized aerosols will vary based on the wet cyclone particle size-dependent recovery fraction (Supplementary Fig. 2). Fig. 3b shows the pAQ monitor performance when sampling laboratory aerosolized inactivated WA-1 and BA-1. pAQ monitor showed a sensitivity of 77% for WA-1 and 83.3% for BA-1. The concentrations of WA-1 aerosol samples measured using RT-qPCR are provided in Supplementary Fig. 7. The virus sensitivity of the pAQ is comparable to the sensitivity of other recently developed rapid biosensors (<10 min detection time) used for detecting viruses in saliva43,44, nasal swabs45, and exhaled breath condensate25 samples./p>

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