家用前鼻SARS-CoV-2 RT-PCR样本采集试剂盒的可用性:人为因素可行性研究

简介

根据世界卫生组织的数据，截至2021年9月，由SARS-CoV-2引起的全球大流行已导致2.23亿例COVID-19确诊病例，其中460万人死亡。1］．截至2021年9月，美国报告的COVID-19病例超过4030万例，死亡人数超过64.9万例[1］．COVID-19的传播已被证明通过一系列隔离措施得到了控制，包括佩戴口罩、保持身体距离和封锁措施[2]，以及使用有效的COVID-19疫苗广泛免疫[3.］．截至2021年9月，美国已有超过1.75亿人接种了三种COVID-19疫苗中的一种[4-62021年8月，FDA批准Comirnaty(以前称为辉瑞- biontech COVID-19疫苗)用于16岁或以上的个人[7］．

尽管取得了这一重大进展，但在控制目前的大流行方面仍面临重大挑战。许多符合条件的美国人没有接种疫苗[1]，以及出现了毒性越来越强的毒株，包括Delta变种[8]，已导致美国各地住院和死亡人数增加[9，10］．广泛检测可以帮助公共卫生官员更好地监测大流行的进展，识别新出现的变种，并识别COVID-19患者，特别是那些无症状患者。

拓宽SARS-CoV-2检测途径的一种方法是开发家庭样本采集包，没有医疗或实验室经验的人可以安全有效地使用。无需前往医疗中心就可以收集样品，样品可以运输，然后在实验室或卫生保健机构进行处理或在家中进行测试[11］．家庭样本采集为抗击COVID-19大流行提供了多种优势:它可以防止在采集期间患者与临床工作人员之间不必要的接触;改善老年患者、残疾患者或远程工作者的就医机会;减少对个人防护装备的需求;并将收集的物流从负担过重的临床场所转移到商业交付服务。

关于在家收集和检测COVID-19样本的看法的调查显示，人们普遍愿意完成这种收集工作，并对样本制备和质量充满信心[12］．最近开展了多项研究，将自收集样本的SARS-CoV-2检测结果与卫生保健工作者收集的样本进行比较[13-18］．最近，一项关于COVID-19自检适用性的大规模人群研究表明，大多数参与者第一次收集的样本是正确的，检测结果与卫生保健专业人员收集的样本表现相当[19］．

为了调查家庭采集过程的可用性，应进行可用性研究，以确保这些样本与临床医生收集的样本符合相同的质量标准。在这里，我们描述了在大流行早期对家庭样本收集试剂盒(这里称为“SARS-CoV-2家庭样本收集试剂盒”)进行的人为因素可用性研究的结果，用于SARS-CoV-2 (N基因检测)检测，这两种试剂盒都是由Exact Sciences开发的。Exact Sciences是一家分子诊断公司，生产结直肠癌的家庭筛查测试，并为应对全球大流行开发了SARS-CoV-2家庭收集试剂盒和测试。有关SARS-CoV-2检测的其他详细信息可参阅FDA的紧急使用授权(EUA)文件多媒体附件1．

本研究的目的是确定SARS-CoV-2家用采集试剂盒的可用性，我们的主要终点是从研究参与者收集的样本中返回有效SARS-CoV-2结果的百分比。

这项研究于2020年5月进行，当时大流行的最初几个月，关于COVID-19发病机制的信息很少，方案是根据人为因素可用性研究设计标准设计的[20.］．通过发表我们的方法和结果，我们希望为未来的研究提供一个蓝图，以确保在公共卫生危机或需要紧急情况的类似情况下，能够快速评估其他家庭收集包的可用性。

方法

SARS-CoV-2测试

SARS-CoV-2 (N基因检测)检测由Exact Sciences开发，并于2020年5月22日通过EUA200367 (多媒体附件1)．SARS-CoV-2检测特征概述见表1．这是一种基于逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)的检测，用于评估上呼吸道样本，包括用前鼻拭子采集的样本，以检测新型冠状病毒(nCoV)核衣壳(N)基因内的区域，特别是nCoV_N1和nCoV_N2区域。人类核糖核酸酶P (RNase P)是一种无论是否感染COVID-19都在人类细胞中普遍表达的基因，作为对照，以证明收集了可用的样本并提供给实验室，并且成功完成了所有测试过程。在验证研究中，该试验与一组已知的呼吸道病原体没有交叉反应。在一组测试样本中，其临床前测试表现与fda授权的另一项基于SARS-CoV-2 rt - pcr的测试的阳性百分比一致为95%(40个样本中的38个)，阴性百分比一致为100%(38个样本中的38个)。

SARS-CoV-2家用收集包包括以下内容:一个无菌的、单独包裹的鼻拭子，舌尖为聚酯塑料柄;2毫升含0.9%生理盐水的输送管;使用说明(IFU)文件;生物危害袋;吸水性垫;标本鉴定标签;一个un3373标签的集装箱。

研究目标及课题

主要目的是确定SARS-CoV-2家用采集试剂盒的可用性，以便收集鼻拭子样本并将其邮寄到检测实验室。主要终点是研究参与者的样本中返回有效的SARS-CoV-2检测结果的百分比，无论是阳性还是阴性，这两者都需要RNase p的可检测水平。考虑到受试者受过最低程度的培训，并且在样本自我收集方面缺乏经验，目标百分比为80%。有五个次要目标:(1)评估IFU的感知可用性，(2)评估受试者对IFU的理解程度，(3)确定在遵循IFU时发生的问题，(4)评估在遵循IFU时发生问题的根本原因，以及(5)制定策略以减轻在遵循IFU时发生的问题。本研究共纳入了30名符合纳入和排除标准的劳动力患者。采取措施招募不同年龄和教育状况的受试者，其中包括研究团队对参与者的手动审查。

这项研究是根据州和联邦的监管要求，以及《涉及人类受试者的生物医学研究国际伦理准则》中规定的一般原则进行的[21]和《赫尔辛基宣言》[22］．该研究由西方机构审查委员会(WIRB) -哥白尼集团机构审查委员会(No. 20201763)批准，所有受试者在参与研究前均提供书面知情同意。

纳入标准是提供知情同意的能力，排除标准是先前的医疗或实验室培训、先前的COVID-19样本自我收集经验以及先前的SARS-CoV-2检测。对于每个入选的受试者，IFU的可用性是基于成功完成自我收集鼻拭子样本来确定的，其中包括有效的SARS-CoV-2检测结果。所有受试者都完成了研究。

研究设计

使用与使用相关的失效模式效应分析方法来确定使用SARS-CoV-2家用采集试剂盒期间的潜在危险及其相关风险。受试者填写一份载有人口统计资料的调查表格，包括种族及民族[23]，获得的最高教育水平，以及之前接受过医疗或实验室培训以及COVID-19样本自行采集的经验。向知情同意的受试者提供了临床研究程序的概述，包括在样本收集过程中对他们进行观察的指导，以及在样本收集过程中回答与他们的经验有关的问题。该研究由两部分组成:模拟使用，由受试者模拟样本收集，并由观察员监测;以及模拟后评估，受试者完成调查问题，并对收集过程提供反馈。总体研究设计和方法总结在图1．

样本收集是在一个模拟的家庭环境中进行的，会议室里有一张桌子作为一个大的表面积，类似于厨房或浴室的台面。房间里有常见的家庭用品，如洗手液、钢笔、铅笔、纸巾和废纸篓。由于房间里没有洗手池，所以在洗手液旁边放了一个标有“洗手池”的大碗，模拟洗手池，用肥皂和水洗手。

在开始样本收集之前，观察者将受试者导向模拟环境，使他们意识到他们可以获得的物品，但不表明样本收集需要这些物品以减少对受试者的偏见。为了开始样本收集，观察者指示受试者检索可用的工具包并开始收集;然后观察受试者，同时遵循SARS-CoV-2家庭采集试剂盒的IFU。任务的识别和分类是由研究人员(见图1为完整的任务列表)，研究参与者不知道任务类别。

在IFU中完成所有步骤后，然后指示受试者将样品包放置在会议室的指定区域。其后，受试者填写情景后问卷，就IFU的可用性提供意见[24-26]，回答理解问题，提供经验的书面反馈，并解决观察者在使用过程中观察到的问题。

受试者收集的样本由精确科学实验室检测了SARS-CoV-2。受试者对测试结果一无所知。

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结果

这项研究使用了Exact Sciences公司的SARS-CoV-2家庭采集试剂盒;试验特性总结在表1（多媒体附件1)．简而言之，实验室检测使用RT-PCR方法从前鼻拭子采集的样本中检测SARS-CoV-2，以检测人RNase P作为对照。

对于人为因素可用性研究，招募了30名受试者来模拟在家收集样本，并在后续评估期间提供反馈(图1)．研究对象(N=30)的特征描述在表2．受试者的平均年龄为38.0岁(SD 9.7岁)，没有受试者年龄超过65岁。大多数受试者是白人(n= 26,87%)和非西班牙裔或非拉丁裔(n= 25,83%)， 77% (n=23)的受试者受过高中以上教育。在完成可用性研究后，30名受试者自行采集的样本均获得有效的SARS-CoV-2检测结果，且均为阴性。通过成功检测人RNase P来确定样品有效性。

受试者根据IFU文档完成模拟样本收集，该文档描述了准备、收集和运送鼻拭子样本所需的26项任务(见多媒体附件2对于完整的任务列表)。这些任务被分为“关键任务”，其中使用错误或未能完成将会产生负面的临床影响，例如无效或延迟的测试结果，以及“基本任务”，这对测试完成很重要，但不会对样本构成直接风险。在26项任务中，15项被归类为“关键”，是基于研究结果和受试者反馈评估和改进IFU的主要重点。

总体而言，在模拟样本收集期间，IFU的15个关键任务中有14个被80%以上的受试者成功完成(图2)．受试者遇到最大困难的任务是将标签贴在试管上，有70%(21/30)的受试者没有正确完成。

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为评估受试者在模拟样本采集后的意见，受试者完成ASQ (表3) [26］．回答分为1到7分，分数越低，满意度越高;小于3分表示受试者对使用IFU进行样本收集感到满意。对于30名受试者的所有问题，平均ASQ总分为2.1 (SD为1.6)，表明总体满意度。

受试者对观察者的书面反馈和评论揭示了IFU的几个潜在改进领域。大多数评论集中在IFU的正面和背面，洗手，处理吸收垫，鼻拭子应该插入鼻孔多深(例如，使用“阻力”一词)，以及与试管标签相关的问题(例如，在标签上写字并将其粘贴到试管上)。

可行性研究期间收集的多个意见来源的结果(表3)，以确定如何提高IFU的可用性(见图3完整的变更清单及相应的理由)。这些反馈帮助改进了描述如何在试管上放置标签的语言和图形，这是成功完成率最低的关键任务。此外，受试者建议对措辞进行细微修改，以提高理解能力(例如，将“将棉签扔进垃圾桶”替换为“将棉签扔进垃圾桶”)。更新后的IFU如多媒体．

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讨论

总的来说，这项模拟的家庭自我收集可用性研究是成功的，因为所有30名受试者收集的样本都产生了有效的测试结果(100%的成功率，超过了80%的目标)。此外，ASQ评分较低，表明可接受的一致性和满意度，研究人员将受试者的书面反馈和意见与模拟数据相结合，以改善未来通过在家采集样本进行COVID-19检测的患者的IFU。

为了评估样本质量，人类RNase P的存在提供了一种通用的质量控制测量方法，该基因在人类细胞中普遍表达，而不管COVID-19是否感染。如果样本中含有可检测到的RNase P水平，则确定该样本含有足够的RNA，可用于检测SARS-CoV-2的存在。值得注意的是，该标准可用于使用家用SARS-CoV-2采集试剂盒获得的任何样品，无论采集方法如何，也无论检测结果是阳性还是阴性。总结了SARS-CoV-2检测的临床前检测特点表1，在足够质量的样本中显示出高的正负率一致性。

研究人群在年龄和性别方面分布良好。拥有大学或更高学历的比例(77%)略高于威斯康辛州麦迪逊的当地人口(58%)，尽管种族和民族人口相似(即，麦迪逊的白人、非西班牙裔或非拉丁裔人口为74%)[27］．重要的是，研究参与者的资格影响了纳入标准，该标准要求排除任何具有科学或实验室经验的人。

总的来说，能够在家中采集样本以检测呼吸道病毒可以显著提高公共卫生战略在大流行期间预防疾病传播的有效性。对于COVID-19大流行，在家收集样本可以(1)提高识别具有可检测SARS-CoV-2 RNA的个体的能力，而无需在检测期间暴露医护人员或在往返检测地点的途中暴露公众;(2)为患者提供另一种可能更容易获得的检测工作流程;(3)能够对疾病自然史进行流行病学研究，而不会对人群造成不适当的风险。

这项研究有几个局限性。一些局限性是家庭环境的模拟性质，缺乏对受试者的运输方法，以及缺少65岁以上的受试者，这是为研究招募的劳动力人口的结果。其他限制，包括相对较小的样本量，是基于有限的材料获取和由于持续的公共卫生危机而优先尽快提供该收集包。由物流或产品考虑因素以及印刷错误引起的更改包括在更新后的IFU中，但超出了本出版物的范围。本研究的优势在于，所有受试者都能够成功地遵循IFU收集可用样本，中等风险任务完成的一致性，以及低风险任务的建设性反馈导致IFU的改进。

总之，这项研究展示了SARS-CoV-2家用采集试剂盒的整体可用性，并利用该研究的反馈生成了改进的使用说明。总的来说，它提供了额外的信息，即没有事先自我收集样本经验的受试者可以有效地在家收集用于COVID-19检测的样本。