Identifikácia vzoriek od pacientov s COVID-19 u psov snifferov - pilotná štúdia

V TiHo Hannover sa skúmalo, či trénované psy dokážu rozlíšiť vzorky od pacientov infikovaných SARS-CoV-2 od tých od neinfikovaných kontrol.

Pilotná štúdia ukazuje: vycvičené psy rozpoznávajú vzorky od pacientov s COVID-19.
Špecializované služobné psy sa dokázali naučiť rozlíšiť pozitívne od negatívnych vzoriek len za osem dní.
Vedúci štúdií prof. Dr. V rozhovore Holger Volk vysvetľuje, kde sa vzal nápad na štúdiu a ako by to mohlo teraz pokračovať.

Prebiehajúca pandémia COVID-19 jasne ukazuje, že na zníženie ďalšieho šírenia infekcie sú potrebné rýchlejšie a spoľahlivejšie testy na identifikáciu symptomatických a predovšetkým asymptomatických pacientov. V súčasných testoch vyškolený personál odoberá nazofaryngeálne výtery, ktoré potom prechádzajú testom polymerázovej reťazovej reakcie s reverznou transkripciou (RT-PCR). Tieto testy sa používajú u pacientov s podozrením na príznaky infekcie COVID-19. S cieľom identifikovať okrem infikovaných aj asymptomatické a presymptomatické osoby, sú potrebné rýchlejšie, spoľahlivejšie, neinvazívne a všestranné testy. Iba tak je možné potlačiť pandémiu.

Cvičené psy rozpoznávajú pachy špecifické pre patogény

Predchádzajúce štúdie ukázali, že čuch psov sa dá použiť na detekciu rôznych chorôb, ako je rakovina, malária alebo bakteriálne a vírusové infekcie.
Cvičené psy majú schopnosť rozpoznať zápach špecifický pre patogén, ktorý sa skladá z rôznych prchavých organických zlúčenín (VOC). Pretože vírusy nemajú svoj vlastný metabolizmus, VOC sa uvoľňujú zo zodpovedajúcich infikovaných buniek metabolickými hostiteľskými procesmi.

Pilotná štúdia so služobnými psami Bundeswehru

cieľ štúdie

Táto štúdia skúmala, či trénované psy dokážu odlíšiť vzorky od pacientov infikovaných SARS-CoV-2 od neinfikovaných kontrol.

Inaktivované vzorky slín od pacientov s COVID-19

Na jednej strane vyšetrovatelia použili vzorky slín od pacientov s COVID-19, ktorí vykazovali klinické príznaky a boli pozitívne diagnostikovaní na SARS-CoV-2 v nazofaryngeálnom nátere. Na rozdiel od toho bola kontrolná skupina SARS-CoV-2 negatívna a klinicky normálna. Neuskutočnili sa žiadne testy na ďalšie korónové vírusy.

Všetky anonymizované vzorky boli potvrdené ako pozitívne alebo negatívne pomocou testu RT-PCR SARS-CoV-2-IP4 od Pasteurovho inštitútu. Ďalej boli podrobení kvantifikácii vírusu (test zriedenia endpointu) a analýze izolácie vírusu s bunkami Vero E6 za podmienok biologickej bezpečnosti úrovne 3. Ďalej bola uskutočnená inaktivácia beta-propiolaktónom na ochranu psov a cvičiacich pred infekciou.

Pri výcviku psov tréneri používali iba vzorky inaktivované BPL od pacientov s COVID-19. Okrem toho boli snifferovým psom poskytnuté negatívne kontrolné vzorky s predchádzajúcou liečbou BPL a bez nej, aby sa vylúčil hydrolyzovaný BPL ako možné rušivé činidlo.

Výcvikový systém detekčného psa

Výcvik prebiehal nasledovne: Školitelia napipetovali 100 μl činidla na vatový tampón, ktorý sa potom umiestnil do sklenenej skúmavky. Identifikácia vzorky sa uskutočňovala na výcvikovom systéme detekčných psov (DDTS; Kynoscience UG, Nemecko). Výcvikový systém detekčného psa sa skladá zo siedmich otvorov pre vône. V každej skúšobnej prevádzke obsahovala iba jedna diera pozitívnu vzorku SARS-CoV-2, zatiaľ čo ďalších šesť dier obsahovalo negatívne vzorky. Ak pes označil jamku pozitívnou vzorkou, automaticky dostal odmenu (jedlo alebo lopta). Softvér medzitým náhodne vytvoril novú pozíciu pre ďalšie spustenie vzorky, čím sa zaistilo, že vzorky boli prezentované randomizovaným a automatizovaným spôsobom.

Výsledky

Výcvikári psov si osem psov zvykli na dva týždne na stroj a týždeň ich trénovali na DDTS. Potom, čo boli psy počas tréningu vystavené celkovo 10 388 prezentáciám vzoriek, bola vykonaná kontrolovaná dvojito zaslepená štúdia a vyhodnotená.

V rámci randomizovaných a automatizovaných 1 012 prezentácií vzoriek vykazovali psy priemernú celkovú mieru detekcie 94 percent pri 157 správnych indikáciách pozitívnych na SARS-CoV-2, 792 správnych negatívnych, 33 falošne pozitívnych a 30 falošne negatívnych indikácií. Psy rozlišovali medzi infikovanými a neinfikovanými jedincami s celkovou diagnostickou citlivosťou 83 percent a špecifickosťou 96 percent.

Je možné použitie psov na sledovanie na prítomnosť COVID-19

Po tréningu boli služobné psy vďaka výraznému čuchu schopné rozlišovať medzi infikovanými pacientmi s SARS-CoV-2 a zdravými kontrolami s vysokou citlivosťou a špecifickosťou.

Detekčné psy SARS-CoV-2 by tak mohli byť účinnou a spoľahlivou alternatívou alebo doplnkom k pravidelnému skríningovému testu RT-PCR. Platí to najmä v krajinách s obmedzeným prístupom k diagnostickému testovaniu. Okrem toho by sa použitie cvičených psov na sniffer na letiskách, hraniciach alebo pri hromadných udalostiach mohlo použiť na doplnenie laboratórnych testov, a zabrániť tak ďalšiemu šíreniu pandémie.

Pretože táto pilotná štúdia podliehala mnohým obmedzeniam, sú potrebné ďalšie štúdie, aby sa lepšie pochopil potenciál a limity použitia psov na pozorovanie vírusov u ľudí.

Rozhovor s vedúcim štúdie prof. Dr. Holger A. Volk

Redaktori praxe pre malé zvieratá hovorili s Holgerom Volkom o tejto pilotnej štúdii, ktorá bola zverejnená v spolupráci s Bundeswehrom, Hannoverskou lekárskou fakultou, Univerzitou Hamburg-Eppendorf University a TiHo Hannover.

Ako vznikla myšlienka implementácie tejto súčasnej pilotnej štúdie?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Pracujeme v oblasti čuchového kognitívneho výskumu u psov. Keď pandémia začala, diskutovali sme na TiHo o tom, ako by sme mohli zosúladiť svoje vedomosti v oblasti virológie a kognitívneho výskumu, aby sme pomohli. Bundeswehr je priekopníkom vo výcviku služobných psov a bol ideálnym partnerom na uskutočnenie tejto myšlienky v praxi.

Osem dní je veľmi krátke tréningové obdobie. Sú psy skutočne takí rýchli študenti alebo aký zložitý je ich výcvik?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Pracovali sme so špeciálnym automatizovaným „prístrojom na učenie sa zápachu“, ktorý psy hravo trénoval. Psy tiež neboli normálnymi psami, ale špecializovanými psami.

Pozitívne vzorky boli od pacientov, ktorí boli ťažko chorí. Nemôže sa tiež stať, že psy vyňuchali všeobecnú infekciu, a nie nevyhnutne SARS-CoV-2?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Existuje mnoho faktorov, ktorým sa musíme bližšie venovať. Toto bola iba pilotná štúdia. Existujú však prvé štúdie, ktoré ukazujú, že infekcia SARS-CoV-2 vydáva špecifický prchavý „voňavý koktail“.

SARS-CoV-2 podlieha rizikovej skupine 3 podľa BioStoffV - ako by ste mohli zabezpečiť, aby boli dodržané všetky ochranné opatrenia?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Vzorky boli získané za daných ochranných opatrení v nemocniciach našich spolupracujúcich partnerov (Hannover Medical School, University Clinic Hamburg-Eppendorf) a potom boli inaktivované v našom TiHo vo Výskumnom centre pre vznikajúce infekcie a zoonózy (RIZ) predtým, ako boli predložené psom.

Prvé výsledky sú mimoriadne vzrušujúce. Ďalšie štúdie sa určite plánujú. Môžeš niečo prezradiť?

Prof. Dr. Holger A. Volk: Po štúdiu je pred štúdiom. Teraz sa pokúsime vyriešiť obmedzenia prvej štúdie, ktoré ste už spomenuli.

Pôvodná publikácia:
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): Identifikácia vzoriek vôní psov od pacientov s COVID-19 - pilotná štúdia. BMC Infect Dis 20 (1): 536. DOI: 10.1186/s12879-020-05281-3.

Ďalšie informácie:
Tu si môžete vypočuť prof. Dr. Holger Volk v rozhovore pre rádioeíny (rbb).