博士后研究员Jenny Hamilton和Enrique Lin Shiao与一个自动液体处理机器人(Hamilton STARlet)，将用于分析病人的拭子来诊断covid19。汉密尔顿和萧自愿接受培训，以获得CLIA认证，以便处理病人样本。在分析来自患者的真实样本时，他们将穿戴全套个人防护装备(PPE)，包括面罩、面罩、长袍和手套。(照片由Max &提供;朱尔斯摄影)
在美国各地的医生争相诊断出covid19病例之际，加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)创新基因组研究所(IGI)的科学家们正在从零开始创建一个诊断实验室，该实验室每天能够处理1000多个病人的样本。
这个临时实验室是一个由学术和企业合作伙伴组成的独特志愿者团队的努力成果，它将在旧金山湾区为那些出现致命19型症状的人提供急需的检测能力，并帮助公共卫生官员评估这种流行病的传播范围。
“加州大学伯克利分校的团队正在加紧解决这一重要公共卫生问题通过建立一个测试实验室将立即有效的在我们的社区,同时生成数据,对理解SARS-CoV-2病毒的传播,”珍妮弗Doudna说,教授的分子和细胞生物学和化学和IGI执行董事。SARS-CoV-2是引起COVID-19的冠状病毒。
冠状病毒被称为SARS-CoV-2，它会导致COVID-19。病毒周围较亮的斑点是“spike”蛋白，它赋予冠状病毒名称，并允许病毒进入细胞。较浅的橙色斑点是病毒包膜中嵌入的其他蛋白质。(加州大学伯克利分校图形设计师Desiree Ho)
由于紧急修改州和联邦法规和加州的宣布进入紧急状态,IGI能够与临床医生合作大学健康服务,加州大学伯克利分校的学生健康中心和本地和国家公司引进机器人和分析设备,建立一个安全、健壮的临床样本的摄入量和处理管道,获得所需的监管批准，并培训一批熟练的科学家，他们习惯于进行基础研究，分析病人的拭子，并在不到24小时内快速完成目标。
来自加州大学伯克利分校、加州大学旧金山分校和当地数据管理公司的50多名志愿者计划在本周早些时候测试他们的第一批实际病毒样本，并计划在下周之前获得临床实验室改进修正案(CLIA)项目的认证。
虽然测试实验室最初将重点放在来自学生和加州大学伯克利分校社区的其他成员的样本上，但该团队已经在与东湾的医疗中心合作，最终提供快速周转，以满足他们的诊断需求。
“我们动员了一个由才华横溢的学术科学家组成的团队，与来自公司的专家合作，在几天之内就把一个像生物科技公司一样运作的团队拉到了一起。这真的是一个非凡的故事，”杜德纳说，他也是霍华德休斯医学研究所的研究员。
该实验室将根据美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration，简称fda)批准的流程进行测试，但其吞吐量高于许多商业实验室，其中一些实验室仍必须一次一个地手动运行样本。这些高通量的机器(有些来自校园研究实验室)可以一次检测300多个样本，并在收到患者棉签后不到4小时内提供诊断结果。利用机器人技术和精简的流程，IGI“快闪实验室”将很快每天进行1000次测试，如果有必要，每天可以进行3000次测试。
汉密尔顿和邵都是詹妮弗·杜德纳实验室的博士后，他们在通风柜下工作，测试用于分析病人样本的诊断管道。当分析来自实际患者的样本时，他们将穿戴完整的个人防护装备(PPE)。(照片由Max &提供;朱尔斯摄影)
杜德纳说:“我们正在实施一项现有的测试，利用机器人技术和快速周转时间，这样我们就可以迅速将结果送到东湾附近的医疗中心，并在这个需要的时候为我们的社区提供关键的服务。”
“这是一个了不起的机会，”加州大学伯克利分校负责大学卫生服务的副校长助理盖伊·尼科莱特(Guy Nicolette)说。“令我惊讶的是，伯克利能够如此迅速地动员起来，利用新的规则，以便更快地进行创新。实验室方面的工作一直非常依赖于人类的手工劳动，所以这将在很多方面改变游戏规则。”
鉴于加州现有检测试剂盒的数量有限，以及有关谁应该接受检测的指导原则不断变化，UHS Tang中心的医务人员迄今为止只从学生那里发放了几十份样本，供当地商业实验室进行检测。其中1例是导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒阳性。但是根据Nicolette的说法，旧金山湾区的好转情况变化很大，可能会超过一个星期，这使得有症状的病人和临床医生不确定他们的状态，常常造成焦虑。
他乐观地认为，鉴于许多人症状轻微或无症状，但可能具有传染性，校园诊断实验室将允许进行更广泛的检测，从而更好地了解这种病毒的流行程度。他说，大规模检测是其他国家通过识别受感染的人来控制疾病传播的能力的关键。
他说:“在更广泛的测试中，还有其他方面的临床效果会非常强大。”“根据我们的发现，我们可以在健康、工作、社交距离等方面做出更好的决定。”
自动化和机器人的力量
IGI负责技术和翻译的科学主任Fyodor Urnov在3月13日召集了研究所59人的会议后，在动员资源方面发挥了重要作用，包括设备、人员和资金。检测病毒所需的基本技术——从样本中分离RNA并使用聚合酶链反应(PCR)进行扩增——在大多数大学的数十个实验室中已成为常规。乌尔诺夫说，关键是要迅速找出如何将这一过程规模化并实现临床应用的自动化。
分子和细胞生物学副教授德克·霍克迈耶(Dirk Hockemeyer)正在测试用于分析病人样本的步骤。在测试实际的病人拭子时，他将穿戴全套PPE。(照片由Max &提供;朱尔斯摄影)
拥有高通量PCR仪的加州大学伯克利分校实验室捐赠了他们的设备，同时IGI建立了机器人样本处理和安全数据管理。
“我们把R& D(研发)的心态理解我们如何规模起来加速,因为我们理解这个医学界的基本需要,”莫斯科说,分子和细胞生物学教授花了15年在生物技术产业来加州大学伯克利分校。“我们作为科学家的身份与一种未被满足的需求息息相关。”
患者样本的临床检测受到严格监管，不仅需要实验室科学家的CLIA认证，还需要实验室实际空间、设备和质量控制程序的认证。虽然Tang中心有两名通过了国家微生物控制中心认证的实验室科学家，但该中心没有一个用于检测SARS-CoV-2等病毒所需的二级生物安全实验室(BSL2)。
然而，由于新规定，Tang中心的认证正在扩展到IGI的BSL2实验室，自愿进行测试的科学家现在正在参加一个加速培训项目，以便在必要时能够全天候操作设备。
乌尔诺夫说，除了快速转变之外，最主要的重点是准确性，这是美国疾病控制和预防中心最初的检测工具一直存在的问题，也是在疫情刚开始在美国蔓延的一个关键月份里，检测工作被推迟的原因。
“我们有自己的控制手段，”他说。“我们做了大量工作，以确保当我们告诉临床医生他们的病人是阳性还是阴性时，我们是准确的。”
随着乌尔诺夫和他的团队加大诊断学的力度，加州大学伯克利分校的其他研究人员已经组建了大约12个“快速研究反应小组”，专注于其他与covid3相关的研究项目，包括可能的改进诊断学、治疗感染的新药以及向患者提供药物的方法。
杜德纳说:“我们说的是一个由100多人组成的团队，他们积极参与研究项目，其中包括来自加州大学旧金山分校、斯坦福大学和格拉德斯通研究所的人员。”“这些长期项目解决了目前需要了解这类病毒并为未来的疫情做好准备的问题。”
相关信息
- 创新的基因组学研究所
- 捐给IGI COVID-19基金
- IGI承诺共享COVID-19知识产权
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