探訪武漢“火眼”實驗室:高通量自動化檢測病毒,最快3小時出結果

2月21日,武漢市首次實現核酸檢測存量清零。

22日,據武漢市衛健委相關負責人介紹,武漢市目前核酸檢測能力達到每天20000人次。最近3天累計進行42515人次的核酸檢測工作,21日完成全部存量的取樣送檢。從2月22日開始,當日新增當日清零。

截至目前,武漢已有40家相關機構開展新冠病毒核酸檢測。其中,可自行檢測的醫院26家。對尚不具備自檢能力的醫療機構和隔離點的樣本,由疾控組統籌,通過轄區疾控中心就近轉運至有檢測能力的相關機構檢測。

探訪武漢“火眼”實驗室:高通量自動化檢測病毒,最快3小時出結果

↑實地探訪火眼實驗室

2月22日,紅星新聞記者實地探訪位於武漢東湖高新區的“火眼”實驗室。從2月5號試運行以來,該實驗室已累計接收超過4.9萬人份檢測樣本。作為一個自動化實驗室,10臺MGISP自動化樣本製備系統進行核酸提取,每天最多可以檢測1萬份。

數據:累計檢測近5萬例樣本 最快3小時出結果

在武漢“火眼”實驗室的大廳內,大屏幕上新型冠狀病毒應急檢測數據每隔5分鐘就會刷新一次。數據顯示,截至2月22日下午4點,實驗室累計到樣數為49634,累計檢測數為47713。其中,2月21日這天實驗室共收到4906份樣本,樣本合格數為4795,檢測數為4734。

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↑“火眼”實驗室的大廳內,數據每隔5分鐘就會刷新一次。

“實驗室每天接收的樣本在3000份左右。最多的有5000份。”華大基因工作人員魯明江告訴紅星新聞,“火眼”實驗室與一般的實驗室最大的區別在於,實驗室的自動化程度較高,每天的通量有10000份。魯明江口中的“通量”,指的是實驗室一天檢測樣本的最高量值。

據瞭解,“火眼”實驗室由武漢市政府、東湖高新區、中交二航局、上海諾瑞實驗室、華大基因聯合共建。其中,東湖高新區提供場地,華大基因主導設計及運營,中交二航局主導施工,上海諾瑞實驗室提供大量實驗室裝備。實驗室佔地面積約為2000平方米。

作為一個專門為應對新冠肺炎而建的實驗室,從1月31日正式籌建,到2月5日建成開始試運行,再到2月9日自動化檢測上線,檢測量全面提升,這樣一種多方配合機制下誕生的實驗室在武漢此前並不多見。

負責“火眼”實驗室統籌協調工作的吳昊告訴紅星新聞,新冠肺炎屬於乙類傳染病,整個實驗室是二級生物安全防護級別實驗室,需要滿足很多生物安全條件。

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↑“火眼”實驗室

“一個實驗室從交付到運營,需要一系列環評、安全、資質、法規、預實驗等驗收的工作。儘管在這種危急的時刻,我們還是特別注意遵守相關法規的要求。這也是為什麼我們2月5日只是試運行。”吳昊說。作為華大基因武漢疾病方向負責人,在疫情發生前,他主要負責公司腫瘤和病原業務。

一個完整的核酸檢測流程,從最開始的患者取樣到完成檢測報告,中間共有六七個環節。官方發佈的信息顯示,自武漢獲准自行開展病毒核酸檢測工作以來,採取多種措施,確保檢測工作流程通暢高效,要求各具備自檢能力的醫院從臨床採樣到出具檢測結果時長一般不超過10小時。

“我們單個樣本最快3小時出結果。但就像我們排隊過安檢,一個人可能一秒鐘就過去了,但一萬個人排隊過安檢,所用的時間肯定要超過一個人的時間。”

目前,武漢“火眼”實驗室每天檢測樣本主要來自相關部門的整體調配。儘管不像一線的醫護人員每天直接與患者接觸,但面對成千上萬份患者的樣本,實驗室每名工作人員也面臨著潛在的風險。

“實驗室人員的防護,在我們實驗室是按照最高要求來執行的。我們是從1月26日開始累計,之前也做了一些檢測,截止目前為止加起來超過5萬例。除了武漢市,我們還接收了一部分從湖北省內的黃岡、孝感、天門、仙桃、潛江等城市送來的樣本。”吳昊告訴紅星新聞。

實地探訪:高溫

滅活 高通量自動化檢測病毒

2月22日下午,紅星新聞記者在實驗室工作人員的帶領下,穿戴好防護服進入到“火眼”實驗室的核心區域。

整個“火眼”實驗室分為西區、東區兩部分,呈字母C字型結構。按照最早的規劃,計劃在西區進行手工實驗檢測,在東區進行自動化機器實驗檢測。後面隨著送到實驗室樣本數量的急劇增加,為加快檢測速度和提升檢測通量,對東西區功能進行了整合。

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↑“火眼”實驗室裝備了華大智造MGISP自動化樣本製備系統進行核酸提取

紅星新聞記者首先跟隨工作人員進入到位於東西區的連廊通道上的樣本接收區。每天,來自各區域的樣本會首先到達這裡,由兩位負責樣本接收的工作人員對送來的樣本進行電子登記,並記錄樣本交接信息。

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↑工作人員在二級生物安全櫃進行實驗操作

對送來的樣本進行電子登記後,工作人員對樣本運輸箱外表噴灑酒精消毒,通過傳遞窗交給“滅活室”拆除包裝進行清點,並對樣本進行滅活。一個批次樣本的滅活時間大約為一半小時。

工作人員向紅星新聞記者介紹,“送來的樣本都有潛在的感染性微生物。在這個房間,我們會將樣本外包裝拆除,然後進行高溫滅活,用高溫將病毒殺死,消除潛在的感染性。滅活後的樣本不影響實驗,但它的生物學活性已經沒有了,相當於做一個無害化處理。”

經過滅活的樣本,碼放到樣本架上,並使用保鮮膜包裹後再次酒精消毒,由工作人員送至“信息審核室”。每一個樣本都帶有一個唯一的條碼和二維碼標籤,信息審核室進行樣本編號整理,並將信息導入系統。

信息審核室除了承擔把樣本信息進行編碼錄入系統的工作外,還需要檢查樣本是否有采樣管破裂、採樣管中樣本或者樣本異常等情況。“可能送過來100個樣本,我們檢查時發現裡面有一兩個對不上,需要跟前端打電話確定具體的信息。”

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↑“火眼”實驗室內部

在完成以上三步程序後,經過滅活、確認信息編號的樣本就從實驗室的東區來到了西區。這裡是整個實驗室最核心的區域——新冠病毒病原檢測實驗室。在這裡,將會有機器對樣本進行自動化的核酸提取,工作人員只負責試劑配置和輔助工作。完成了核酸提取的樣本,通過內部傳遞窗傳遞進入病原擴增室進行PCR擴增,通過檢測PCR反應過程中產生的熒光信號來判定樣本中是否含有病毒,也就是樣本的陰性和陽性。

“到了這裡在,整個實驗的過程就結束了。從這裡檢測出的結果會上傳到我們華大的系統裡面,然後生成一個報告線上發送到疾控中心、醫院和患者手中。”工作人員介紹。

難點與質疑:保證安全的提前下如何“又準又快”

根據國家衛生健康委員會發布了《新型冠狀病毒肺炎診療方案》中提到,根據新型冠狀病毒的傳播途徑,在相對封閉的環境中長時間暴露於高濃度氣溶膠情況下存在氣溶膠傳播的可能。每天與上千份樣本接觸的實驗室更需要嚴格的質量控制和生物安全防護,以避免任何導致實驗問題的可能性。

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在吳昊看來,用QPCR的方法去檢測新冠病毒技術上並不複雜,但存在兩個難點:一是短時間內對多達幾千甚至上萬份的病毒樣本進行檢測。雖然以前也有處理大量樣本的經驗,但新冠肺炎的樣本要求時效性更高,當天的樣本當天出結果。而且遇到加急樣本需要在最短時間內出來,對整個實驗室和工作人員都是嚴峻的挑戰。

第二個難點在於,樣本具有極高的危險係數,在生物安全防護上要格外注意。同時,除了生物安全外,工作人員還需要注意各種潛在的實驗質量風險,要針對檢測過程設置嚴密的質量管理體系,杜絕任何質量風險。

“核心難點就在於我們要在兼顧高標準生物安全操作要求的前提下更快地去檢測樣本。”吳昊告訴紅星新聞記者。

2月19日,國家衛生健康委員會發布了《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第六版)》,核酸檢測仍被視為確定新冠病毒感染確診病例的關鍵手段。同時,在臨床表現中,實驗室檢查,強調“為提高核酸檢測陽性率,建議儘可能留取痰液,實施氣管插管患者採集下呼吸道分泌物,標本採集後儘快送檢。”

武漢大學中南醫院影像科副主任張笑春曾在接受媒體採訪時指出,核酸採樣存在侷限性,與通常採取的口咽或鼻咽部的分泌物病毒載量、採樣操作者方法是否得當、核酸試劑盒研發產品穩定性等多種情況有關。

對此,吳昊也表示贊同,“目前,我們送檢的樣本中咽試子、鼻試子、痰液、肺泡灌洗液都有。單純就核酸檢測這一技術來說,只要是在規範的流程下使用合規的檢測試劑去做是沒有問題的。‘假陰’的出現都有各種現實條件,比如取樣操作的方法、樣本的運輸和存儲,試劑的靈敏度等,甚至包括在病程的什麼時間取樣,取什麼部位的樣本也是有講究的。國家衛健委新冠肺炎診療方案中也指出,新冠肺炎核酸檢測結果是確診新冠肺炎的“金標準”。

紅星新聞記者 藍婧 任江波 潘俊文 王震華


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