圖片來源：Shutterstock

這事聽起來絕對(duì)有吸引力：一款家庭測(cè)試套件，允許用戶隨時(shí)隨地檢測(cè)自己是否感染了新冠病毒。理想中，這種套件的使用方式與傳統(tǒng)驗(yàn)孕棒類似，只需要半個(gè)小時(shí)就能得出測(cè)試結(jié)果。

雖然該套件還未正式推出，但生物科技領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)家Jonathan Rothberg正在為此努力。

關(guān)注生物科技的朋友們對(duì)Rothberg這個(gè)名字可能并不陌生。在過去二十年以來，他曾經(jīng)先后創(chuàng)立多家基因組測(cè)序公司，推出各類突破性技術(shù)以不斷加快基因組測(cè)序速度并降低測(cè)序成本。（在其中一家公司內(nèi)，他率先完成了對(duì)Jim Watson個(gè)人基因的完整測(cè)序并聲名大噪；期間，他還以3.75億美元價(jià)格賣出了另外一家由他創(chuàng)立的生物科技公司。）2014年，Rothberg推出了名為4Catalyzer的初創(chuàng)加速器項(xiàng)目，致力于發(fā)明各類智能醫(yī)療設(shè)備。最早從該加速器項(xiàng)目中誕生的是Butterfly Network公司，他們主要銷售手持式超聲工具，能夠?qū)⒔Y(jié)果讀數(shù)顯示在智能手機(jī)屏幕之上。

Rothberg在今年3月7日發(fā)布的推文中，表達(dá)了自己對(duì)于新冠病毒測(cè)試套件的興趣。他表示自己進(jìn)行了初步的“思想實(shí)驗(yàn)”，而后將迅速跟進(jìn)并將其打造成一個(gè)真實(shí)存在的項(xiàng)目。

Rothberg在接受郵件采訪時(shí)解釋道：“我告訴我的團(tuán)隊(duì)，中國(guó)人民在十天之內(nèi)就在武漢建成一家醫(yī)院；我們當(dāng)然也應(yīng)該有能力在十天之內(nèi)為COVID-19新冠病毒開發(fā)出一款真正的家庭測(cè)試套件。受到這樣的激勵(lì)，團(tuán)隊(duì)正日以繼夜地努力推動(dòng)這一目標(biāo)。”

Rothberg表示，他目前正與蓋茨基金會(huì)進(jìn)行討論，此前該基金會(huì)就已經(jīng)在為他的多家公司及項(xiàng)目提供支持。而在此次疫情中，蓋茨基金會(huì)也一直在努力推動(dòng)家庭新冠狀態(tài)測(cè)試方面的研究，Rothberg表示雙方的方案有望形成互補(bǔ)。

蓋茨基金會(huì)的套件中包含一種鼻拭棉簽，人們可以將自己的體液樣本送往實(shí)驗(yàn)室，利用“高標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)備進(jìn)行分析，并在幾天之內(nèi)得出結(jié)果。而Rothberg的套件則支持在半小時(shí)內(nèi)將結(jié)果顯示在智能手機(jī)上。但正如他在推文中的說明，目前該套件的測(cè)試結(jié)果還不太準(zhǔn)確，偶爾會(huì)給出假陽性及假陰性結(jié)果。

如果兩個(gè)項(xiàng)目能夠共享數(shù)據(jù)，Rothberg認(rèn)為他的團(tuán)隊(duì)就能夠快速比較結(jié)果并更好地了解自己這款套件的準(zhǔn)確度。另外，使用Rothberg套件的用戶也可以對(duì)接蓋茨基金會(huì)的方案，對(duì)結(jié)果做出進(jìn)一步確認(rèn)。

Rothberg指出，他的團(tuán)隊(duì)正與蓋茨團(tuán)隊(duì)的研究人員“協(xié)同努力”，而且已經(jīng)從溝通當(dāng)中獲得巨大助益。他指出，“蓋茨基金會(huì)為我們提供了不少關(guān)于套件簡(jiǎn)化的良好建議，同時(shí)也幫助我們摸索出了如何引導(dǎo)用戶正確理解套件用法。”Rothberg還在采訪郵件中補(bǔ)充道，目前雙方正在互通互補(bǔ)，“我們知道如何制作試劑盒并放大DNA表達(dá)，他們則更熟悉流行病學(xué)。”但截至本文撰稿時(shí)，我們未能聯(lián)系到蓋茨基金會(huì)，因此無法證實(shí)雙方的合作關(guān)系細(xì)節(jié)。

在Rothberg方面，這項(xiàng)工作主要由Homodeus公司的科學(xué)家們主導(dǎo)——這是一家來自4Catalyzer加速器項(xiàng)目的合成生物學(xué)企業(yè)。

下面來看Homodeus家用套件的基本原理。

首先，用戶需要通過棉簽從鼻腔或口腔內(nèi)部提取少數(shù)細(xì)胞。接下來，用戶根據(jù)配套應(yīng)用程序中的說明將棉簽浸入三個(gè)試管內(nèi)，各個(gè)試管將發(fā)生對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)（后文將具體闡述更多細(xì)節(jié)）。

是否感染的答案，就藏在第三管液體的顏色當(dāng)中——如果套件發(fā)現(xiàn)用戶已經(jīng)感染，則第三管液體將變色（可能是紅色）；而如果未被感染，則變成另一種顏色（可能是綠色）。如果測(cè)試失敗，則試劑不會(huì)變色。用戶可以使用手機(jī)攝像頭拍攝照片，則后應(yīng)用程序會(huì)顯示檢測(cè)結(jié)果以及更多細(xì)節(jié)信息。

這項(xiàng)測(cè)試的檢驗(yàn)對(duì)象并非抗體，因?yàn)榭贵w其實(shí)是人體與新冠病毒相抗衡的天然防御手段。Rothberg表示，他的團(tuán)隊(duì)之所以不采用檢測(cè)抗體的方法，是因?yàn)楦腥菊呖赡苄枰獛滋鞎r(shí)間才能生成足以被檢測(cè)出的抗體數(shù)量。他想要的效果，是在用戶感染病毒后立即能夠檢測(cè)出結(jié)果的工具。另外，他還希望開發(fā)另一種測(cè)試，確保感染者在治療期間能夠定期檢查，從而確定自己的身體何時(shí)已經(jīng)將病毒徹底清理出去。

對(duì)于這種即時(shí)檢測(cè)，測(cè)試工具必須能夠識(shí)別出病毒的遺傳物質(zhì)。當(dāng)前肆虐新冠病毒的正式名稱為SARS-CoV-2，且由單鏈RNA構(gòu)成。

下面來看幾支試管中發(fā)生的奇妙化學(xué)反應(yīng)。

在試劑盒的第一支試管中，棉簽上的細(xì)胞會(huì)被打碎，保證其中的遺傳物質(zhì)被暴露在外。在第二支試管內(nèi)，一種名為引物的分子負(fù)責(zé)尋找病毒RNA的唯一編碼。如果引物發(fā)現(xiàn)了新冠病毒的RNA，則激活下一過程，向該RNA中添加一條補(bǔ)充性DNA鏈，從而構(gòu)成雙鏈分子。這種反應(yīng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，DNA分子的穩(wěn)定性要遠(yuǎn)高于RNA，因此能夠更輕松地完成多次復(fù)制。

接下來，棉簽進(jìn)入第三支試管，其中包含的專用酶會(huì)將上支試管中制造的DNA分子進(jìn)行大量復(fù)制，借此降低檢測(cè)難度。第三支試管中的另一組酶則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)顏色變化：如果病毒的遺傳物質(zhì)激活一系列特定反應(yīng)，則表現(xiàn)為某種顏色；如果未能激活任何反應(yīng)，則表現(xiàn)為另一種顏色；

Rothberg解釋道，在新冠病毒爆發(fā)之前，Homodeus公司的科學(xué)家們就在對(duì)酶進(jìn)行工程改造，希望借此修復(fù)基因并開發(fā)食品級(jí)塑料。而他們目前正在開發(fā)設(shè)計(jì)師使用的新型酶，能夠“完成以往實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員通過專用設(shè)備進(jìn)行的完整測(cè)試。但現(xiàn)在，不需要實(shí)驗(yàn)室、不需要技術(shù)人員、也不需要昂貴的設(shè)備。酶本身就足以完成所有工作。”

與這款套件匹配的手機(jī)應(yīng)用不僅會(huì)指導(dǎo)用戶完成測(cè)試過程，同時(shí)也會(huì)將結(jié)果自動(dòng)提交給公共衛(wèi)生部門。負(fù)責(zé)開發(fā)該應(yīng)用的4Catalyzer工程師Eric Kabrams表示，數(shù)據(jù)的共享方式必須符合醫(yī)療數(shù)據(jù)領(lǐng)域嚴(yán)格的隱私管理規(guī)則。他在一封采訪郵件中指出，“幸運(yùn)的是，現(xiàn)代加密技術(shù)與數(shù)據(jù)隱私最佳實(shí)踐，使我們這套解決方案能夠在遏制病毒傳播與保護(hù)敏感信息這兩大目標(biāo)之間取得平衡點(diǎn)。”

如果Rothberg的團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出這款測(cè)試套件，那么下一步自然是將其送至學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室接受驗(yàn)證。Rothberg預(yù)計(jì)，再有幾周原型設(shè)計(jì)就能夠交付實(shí)驗(yàn)室。“我們已經(jīng)與賓夕法尼亞大學(xué)及耶魯大學(xué)開展討論，希望盡快通過他們的醫(yī)院及臨床環(huán)境驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果。”

同樣的，在發(fā)稿之前，我們也未能聯(lián)系到Rothberg提到的賓夕法尼亞大學(xué)及耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員。

除了蓋茨基金會(huì)和Rothberg的研究團(tuán)隊(duì)，普渡大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Jacqueline Linnes也開發(fā)出了一款手持紙質(zhì)設(shè)備，可以用于檢測(cè)包括新冠病毒在內(nèi)的多種病毒。她表示，Rothberg提出的反應(yīng)基本符合標(biāo)準(zhǔn)流程，與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的受控實(shí)驗(yàn)環(huán)境區(qū)別不大。

Linnes在接受郵件采訪時(shí)指出，“一般來說，要想保證測(cè)試正常進(jìn)行并取得可靠的結(jié)果，往往需要考慮到大量影響因素；但無論如何，能夠在家庭環(huán)境中完成自我檢測(cè)確實(shí)是個(gè)很好的想法。也正因?yàn)檫@種普適性，測(cè)試本身必須高度可靠。允許在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行的測(cè)試往往需要具備極高的魯棒性。”Linnes還補(bǔ)充道，這種雙色檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于焦慮的普通用戶將非常實(shí)用，他們能夠借此快速獲取陽性、陰性與失敗三種檢測(cè)結(jié)果。

至于影響因素，她也稍稍列舉了幾點(diǎn)：如果試管未能密封，則樣品可能遭到污染，并導(dǎo)致結(jié)果變化。她還指出，使用者也需要注意時(shí)間安排：“這些酶的活性很強(qiáng)，所以有時(shí)候會(huì)導(dǎo)致DNA的非特異性擴(kuò)增。因此，如果反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，陰性樣品也有可能帶來陽性結(jié)果。”最后，她提醒驗(yàn)證機(jī)構(gòu)必須保證該測(cè)試足夠敏感以復(fù)查普通大眾——如果它只能檢測(cè)到住院患者這類高濃度病毒病例，則將毫無意義。

Rothberg承認(rèn)，他的團(tuán)隊(duì)目前面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)：“我們想盡一切辦法讓整個(gè)測(cè)試過程簡(jiǎn)單易行，只有這樣才能讓套件真正為大眾服務(wù)。”此外，一旦獲得成功并通過專家審查，那么接下來的問題就是如何進(jìn)行檢測(cè)套件的批量生產(chǎn)。Rothberg指出，他正在與那些有能力迅速提高產(chǎn)量的制造商洽談，同時(shí)聯(lián)系分銷渠道商以幫助他們快速推廣這種工具。他解釋道，自己的目標(biāo)是“讓這種測(cè)試方案在全球范圍內(nèi)廣泛可用。在被問及預(yù)期價(jià)格時(shí)，他表示在贊助組織的支持下，他希望盡量免費(fèi)為低收入人群提供該產(chǎn)品。

除了套件的開發(fā)、驗(yàn)證與生產(chǎn)之外，Rothberg的團(tuán)隊(duì)還需要考慮到法律法規(guī)的要求。他發(fā)布推文指出，他打算申請(qǐng)將這種測(cè)試套件作為“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”工具，而非需要美國(guó)食品藥監(jiān)局審核的醫(yī)療器械類診斷工具。他在采訪中解釋道，考慮到當(dāng)前疫情的嚴(yán)重性，他希望食品藥監(jiān)能與他積極合作。“我覺得其中應(yīng)該不存在什么無法克服的監(jiān)管障礙，因?yàn)槲覀儗⒃谖磥韼字軆?nèi)通過大學(xué)進(jìn)行驗(yàn)證，并保證使用符合并通過監(jiān)管要求審查的制造商。”

那么，我們什么時(shí)候才能在家中用到這款測(cè)試套件？

Rothberg的回應(yīng)是，“如果我們能夠獲得技術(shù)突破，那么再過幾個(gè)月甚至是幾周，就有可能得出比較明確的答案。就在這個(gè)周末，將有更多分子生物學(xué)志愿專家為到我們這里提供幫助。”他還慷慨地向所有勇于走出隔離區(qū)的志愿者們宣傳道，“我們這里包吃包?。?rdquo;