Cómo funcionan las pruebas COVID-19 | Ciencias

El nuevo coronavirus, SARS-CoV-2, ha demostrado ser extremadamente sigiloso, y a menudo se propaga sin el sello distintivo obvio de los síntomas. Pero ningún patógeno es realmente invisible. Cuando se implementa en el momento adecuado y en suficientes individuos, molecular moderno Las pruebas pueden guiar los tratamientos, determinar qué tan rápido y dónde se propaga una enfermedad e identificar a las personas que un patógeno ya ha tocado.

En medio de una gran cantidad de escasez y obstáculos logísticos, los investigadores estadounidenses ahora están implementando lentamente dos pruebas cruciales y muy diferentes para combatir la pandemia de COVID-19: una que puede detectar una infección continua de SARS-CoV-2 y otra que puede determinar si el patógeno Ya pasó por el cuerpo.

Estas dos pruebas no son intercambiables, pero son complementarias y, en conjunto, es probable que desempeñen un papel crucial en brindar a los trabajadores de la salud y al público la información que necesitan para contener y poner fin a esta pandemia.

“Las pruebas importan desde un punto de vista de salud pública y global”, dice Jasmine Marcelin, médico especialista en enfermedades infecciosas en el Centro Médico de la Universidad de Nebraska. “Esta [outbreak] se mueve muy rápido Si no entendemos bien cuántas personas se ven afectadas, no podremos frenar de manera efectiva la propagación de la enfermedad “.

La prueba de hisopo viral: atrapar coronavirus con las manos en la masa

La primera prueba detecta una infección activa mediante la búsqueda de material genético de SARS-CoV-2 en la vía aérea de un paciente, donde el virus se encuentra con mayor frecuencia. Esta evaluación tiene dos propósitos: diagnosticar a los enfermos para que los tratamientos puedan administrarse y alertar a aquellos en riesgo de propagar COVID-19 a otros, dice Marcelin.

Para realizar la prueba, los investigadores primero envían un hisopo largo y delgado profundamente en la nariz para recolectar líquido y células de la nasofaringe, una cavidad que se encuentra justo encima de la garganta. Luego extraen información genética viral del extremo del hisopo y lo preparan para la reacción en cadena de la polimerasa de transcripción inversa (RT-PCR), una técnica utilizada en laboratorios para amplificar cantidades muy pequeñas de ADN.

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El kit de prueba de laboratorio de los CDC para SARS-CoV-2

(Centros de Control y Prevención de Enfermedades)

El SARS-CoV-2 almacena su información genética en el ARN, por lo que su genoma primero debe transcribirse en el ADN. Luego, la prueba busca fragmentos del genoma del SARS-CoV-2 mediante el uso de pequeñas sondas que solo se unirán a la versión de ADN del material genético del virus. Si las sondas encuentran su objetivo, el ADN se copiará muchas veces; Si no hay un genoma viral presente, no se producirá el Xeroxing molecular.

El procedimiento de copia está integrado en un tinte fluorescente que se ilumina cuando se une al ADN. Cuando se producen más copias de ADN, la muestra brillará más intensa y rápidamente. Si la reacción química se enciende después de unas pocas docenas de ciclos, la prueba se considera positiva, lo que sugiere que el paciente está infectado con SARS-CoV-2.

Si bien esta prueba se considera muy precisa en entornos de laboratorio, pueden ocurrir errores, dice Alexander McAdam, director del laboratorio de diagnóstico de enfermedades infecciosas en el Boston Children’s Hospital. Por ejemplo, la contaminación entre muestras en un laboratorio ocasionalmente puede conducir a un resultado falso positivo, lo que indica incorrectamente que el virus ha infectado a un paciente libre de patógenos. Quizás lo más preocupante son los falsos negativos, que erróneamente aseguran a las personas que están saludables cuando no lo están, lo que puede acelerar la propagación de la enfermedad. Los falsos negativos pueden ocurrir cuando los hisopos no se toman suficientemente o no se realizan antes de que el virus se haya replicado a niveles suficientemente altos en el cuerpo.

Incluso las pruebas perfectamente realizadas tienen sus limitaciones. Por ahora, los médicos no pueden usar resultados positivos para pronosticar cómo un paciente resistirá COVID-19, dice Akiko Iwasaki, virólogo e inmunólogo en la Universidad de Yale. Algunas personas infectadas necesitarán buscar tratamiento para una enfermedad grave, mientras que otras pueden tener síntomas leves que no interrumpen la vida diaria.

De cualquier manera, los virus no necesita síntomas para propagarse. La mera presencia de SARS-CoV-2 en las vías respiratorias es motivo suficiente para autoaislarse para que la infección no pase a otros, especialmente a las personas más vulnerables que el paciente.

“Aislarse protegerá a su familia y al resto de la sociedad de usted”, dice Eric Rubin, investigador y clínico de enfermedades infecciosas en la Escuela de Salud Pública de Harvard y editor jefe de la New England Journal of Medicine.

El análisis de sangre de anticuerpos: interrogar testigos

Un segundo tipo de prueba, que toma muestras de sangre en lugar de secreciones de las vías respiratorias, es ganando tracción en todo el mundo. Estas evaluaciones, a veces llamadas pruebas serológicas, detectan anticuerpos, las moléculas inmunes en forma de Y que el cuerpo fabrica después de detectar un microbio específico. A diferencia de las pruebas de hisopos virales, las pruebas a base de sangre no pueden revelar de manera confiable la presencia de un patógeno. En cambio, le dicen a los médicos que un germen peligroso ha pasado recientemente por el cuerpo pero ya ha desocupado las instalaciones. Eso los hace más útiles para las personas que sospechan que sus encuentros con SARS-CoV-2 ya están en el espejo retrovisor, dice Rubin.

Gran parte de la diferencia entre los dos tipos de pruebas se reduce a sincronización. Los anticuerpos no aparecen en grandes cantidades para varios diaso, a veces, incluso semanas, después de que comienza una infección. Con enfermedades relativamente a corto plazo como COVID-19, el virus y los anticuerpos destinados a frustrarlo pueden solaparse en no más de unos pocos días.

Si la prueba de hisopo es como atrapar a un invasor con las manos en la masa, el análisis de sangre de anticuerpos es similar a interrogar a testigos oculares después de un robo. Pero al verificar las moléculas inmunes producidas por el cuerpo, las pruebas de anticuerpos tienen el potencial de hacer algo que las pruebas de frotis no pueden hacer. “Los anticuerpos le dicen que ha estado expuesto y ha montado una respuesta inmune”, dice Iwasaki. Para la mayoría de las enfermedades, estas respuestas inmunes ayudan a proteger a los pacientes de futuras infecciones por el mismo patógeno, una posibilidad tentadora que los investigadores ahora están investigando activamente para el SARS-CoV-2.

Los análisis de sangre son menos directos que los análisis de torunda porque los anticuerpos no pueden leerse como un genoma. En cambio, deben ser cebados con algo que se asemeje a su germen objetivo. En el caso del SARS-CoV-2, ese señuelo molecular suele ser una versión sintética de la proteína espiga que se encuentra en la superficie del virus y ayuda a que se adhiera y entre en las células de las vías respiratorias humanas.

En una versión de la prueba, los investigadores colocan la sonda de proteína en el fondo de una placa y luego la exponen a una muestra de suero de un paciente, la porción líquida de sangre que contiene anticuerpos. Luego agregan un tercer ingrediente: una proteína fluorescente que se ilumina cuando detecta los anticuerpos del paciente. Cuanto más se ilumina la placa, más anticuerpo está presente.

Algunas pruebas de sangre también pueden indicar qué tan recientemente el SARS-CoV-2 infectó a un paciente al distinguir entre los tipos de anticuerpos en su muestra. Estas evaluaciones miden los niveles relativos de dos clases de moléculas inmunes: IgM de corta duración, la primera variante de anticuerpo producida en respuesta a una infección, e IgG, una clase de anticuerpo que llega más tarde y que es la peor parte de los ataques que causan enfermedades. invasores A grandes rasgos, los individuos con más IgM probablemente tuvieron el virus en sus cuerpos en los últimos días, e incluso pueden estar al final de una infección en curso, mientras que aquellos con más IgG tienden a estar más alejados de una enfermedad activa.

Los análisis de sangre son muy buenos para lo que deben hacer: decirles a los médicos que un paciente ha producido anticuerpos, dice McAdam. Pero no muestran qué tan bien están funcionando esos anticuerpos. Algunos anticuerpos capaces de producir un resultado positivo en una prueba, por ejemplo, en realidad no protegen a una persona contra un virus real.

La cantidad de anticuerpos que fabrica el cuerpo puede ser tan importante como la calidad de las habilidades para combatir el virus de esas moléculas. Incluso si una persona puede producir anticuerpos que ataquen efectivamente el SARS-CoV-2, los científicos no están seguros de cuántos se necesitan para mantener a una persona segura. Las respuestas pueden variar enormemente de persona a persona, ya que factores como la edad y la genética tienen una gran influencia en la respuesta inmune de un individuo. Hasta que se entienda mejor ese umbral de protección, los anticuerpos por sí solos no pueden garantizar el estado inmunitario de una persona.

Aunque los anticuerpos suelen ser beneficiosos, a veces pueden desempeñar un papel inadvertidamente en enfermedad exacerbadora, Dice Iwasaki. Respuestas inmunes hiperactivas Se cree que los daños a las células sanas junto con las infectadas contribuyen a muchos casos graves de COVID-19 y, en teoría, podrían implicar una fuerte respuesta basada en anticuerpos.

“Simplemente no sabemos qué tipo de respuesta inmune confiere inmunidad protectora y qué conduce a una enfermedad devastadora”, dice Iwasaki.

En total, los investigadores siguen sin saber si las personas que se han recuperado de COVID-19 están totalmente protegidas contra infecciones posteriores, dice Marcelin. Los primeros estudios han sugerido que es probable la inmunidad contra el nuevo coronavirus. Pero el mundo solo ha sabido sobre el virus durante unos meses, por lo que los expertos no saben si todos los pacientes se vuelven inmunes después de haber encontrado SARS-CoV-2, o cuánto tiempo puede durar esa protección.

Aún así, si las respuestas de anticuerpos al SARS-CoV-2 funcionan “de la manera que pensamos que lo hacen”, los resultados positivos de los análisis de sangre podrían ser muy prometedores, dice Rubin. Mientras más investigadores aprendan sobre la respuesta inmune al nuevo coronavirus, más importantes podrían ser estas pruebas para terminar con la pandemia. Si un paciente que ha luchado contra el patógeno ya no es vulnerable a la infección, se convertiría en “una persona muy valiosa”, dice Rubin. Las personas inmunes recuperadas podrían estar entre las primeras autorizadas para reunirse con amigos y familiares, regresar al trabajo o cuidar a los enfermos.

Una combinación poderosa

En un mundo ideal, todos tendrían acceso a ambos tipos de pruebas para obtener una imagen completa de su estado de infección, pasado y presente, dice Iwasaki. Pero en los Estados Unidos, las pruebas siguen siendo escasas.

Al comienzo del brote, la mayoría de los laboratorios no tenían autorización de la FDA para desarrollar sus propias pruebas, lo que agobiaba a las agencias gubernamentales como los CDC con la peor parte del trabajo, dice McAdam. El primer lote de pruebas de la agencia fue defectuoso, y para cuando más instalaciones de investigación pudieron ingresar a la refriega, COVID-19 se había extendido por todo el país. En las semanas posteriores, los fabricantes se vieron obligados a jugar un juego frenético de recuperación que ahora se ve obstaculizado por la escasez de hisopos nasofaríngeos, Dice McAdam.

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Un asistente médico administra una prueba de hisopo para SARS-CoV-2 en Fridley, Minnesota.

(Aaron Lavinsky / Star Tribune / Getty Images)

Dada esta capacidad limitada, los trabajadores de la salud deberían estar entre las primeras personas evaluadas, dice Iwasaki. Aquellos con infecciones activas podrían buscar tratamiento, manteniéndolos a ellos y a sus pacientes fuera de peligro, mientras que aquellos con anticuerpos en la sangre podrían cuidar a los enfermos con menos riesgo.

Las poblaciones vulnerables, incluidos los ancianos y los inmunocomprometidos, representan otro grupo prioritario para las pruebas, agrega Iwasaki. De manera problemática, muchas de estas personas viven en comunidades minoritarias y de bajos ingresos, algunos de los lugares que aún no hemos visto pruebas generalizadas y tratamiento, Dice Marcelin.

Si hubiera más suministros y personal disponible, las pruebas de hisopos virales podrían extenderse a los contactos cercanos de individuos infectados para ayudar a rastrear la propagación de la infección a través de la población en general, dice Rubin. Las pruebas generalizadas más allá de las que muestran síntomas ayudarían a los investigadores a identificar a las personas que pueden estar propagando el virus sin saberlo, lo cual es crucial para rastrear y contener la propagación de la enfermedad.

Se podrían realizar encuestas similares con análisis de sangre de anticuerpos, lo que aumentará en importancia a medida que evolucione la pandemia y el número de casos conocidos continúe creciendo. Las personas recuperadas ya no portarán el virus, pero sus cuerpos deberían albergar anticuerpos que conmemoren enfermedades pasadas. Encontrar a estos pacientes podría ayudar a los investigadores a obtener una imagen más clara de dónde ha estado el SARS-CoV-2 y con qué frecuencia la infección conduce a la muerte.

Sin embargo, a medida que aumenta el número de casos confirmados de COVID-19 en los Estados Unidos cientos de miles, los investigadores y los médicos ya no están en condiciones de considerar escenarios ideales. Dado que los suministros para las pruebas de hisopos se están agotando, algunos en la industria de la salud ahora están tratando de cambiar los análisis de sangre reemplazo de emergencia.

Esta sustitución de diagnóstico es “muy inusual”, dice McAdam. Debido a que el análisis de sangre de anticuerpos está diseñado para verificar la respuesta inmune que es más prominente después de que una infección ha seguido su curso, podría pasar por alto nuevas infecciones. Si la sangre de un paciente se analiza demasiado pronto, es posible que los anticuerpos aún no estén presentes, incluso si el virus ya se está replicando en sus cuerpos, algo que solo atraparía la prueba de hisopo.

Las pruebas de anticuerpos son excelentes en el trabajo para el que están destinadas, dice McAdam. Sin embargo, si se usan en lugar de otra evaluación, es posible que no brinden la información que los médicos, investigadores y pacientes más necesitan.

Aún así, dice McAdam, en la grave situación en la que nos encontramos, una prueba menos que ideal “es mejor que nada”, especialmente para pacientes con síntomas que probablemente ya han tenido el virus en sus cuerpos durante varios días o semanas.

Las pruebas por sí solas no resolverán esta crisis global, dice McAdam; son una guía para las medidas de control de infecciones, no un reemplazo para ellas.

“Esta es una enfermedad muy grave”, dice McAdam. “Las personas deben tener la mejor comprensión … de qué esperar de esta enfermedad”.

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