新型冠状病毒快速检测 之原理【1】

非诚勿扰孟非

最近几个公司和部门都宣传开发了可以快速检测新型冠状病毒感染的试剂盒，在此不评价其特异性和灵敏度，只是探讨一下背后的原理。
一种是类似现在在流感病毒检测中常见的胶体金试纸。


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<hr/>胶体金试纸，实际上就是用一种胶体形式的金标记生物大分子，并在PVC材质的试纸固定，留上加样孔，设上检测线和质量控制线，这样样品在加样孔加上之后，再滴加几滴液体介质，让液流向试纸另一端的吸水垫进行流动，试纸上进行层析，一般10~15分钟，等试纸上的免疫反应发生之后，就可以看到胶体金聚集的位置上有没有红色条带出现，肉眼可见的，这样就知道检测结果了。


目前新型冠状病毒上已经宣传报道的有两种胶体金试纸，一种是是检测新型冠状病毒的抗原。
这种方法利用的是双抗体夹心法，也就是针对同一种抗原，试纸上有两种抗体存在，不过在试纸不同的位置上。而胶体金标记的抗体是其中一种 针对抗原的抗体，在试纸的结合垫上。


比如咽拭子、鼻拭子、肺泡灌洗液的样本滴上加样孔之后，再滴加几滴流动介质，临床样本里假如有特异性的病毒抗原，这时候就会被结合垫上的金标抗体所识别，形成抗原抗体复合物。这时候继续往吸水垫方向流动，在检测线上，有另一种针对抗原的抗体，这个抗体识别的抗原表位和金标抗体是不一样的，所以同一个抗原能够同时被这两种抗体所识别。这时候金标抗体就会在检测线处被截留一部分，这样就在检测线上显色了。


当然，金标抗体的量肯定是富余的，所以不会只在检测线处被截留，还会继续往吸水垫方向流动，这时候就有一条质控线。线上面有的是专门针对金标抗体的抗体（也就是抗-抗体，本质是一种抗体，但是它识别的抗原对象也是一种抗体）。因为质控线识别金标抗体的能力是非常强的，所以这条线就一定会显色，这也是质控的道理，如果这条线没有显色，那么这次检测结果是无效的。


所以，阴阳性的判断就很简单了，两条线都显色——阳性；只有质控线显色——阴性；这两种情况之外的都是无效实验。
<hr/>上面介绍的是检测抗原的 双抗体夹心法，另外一种是检测患者血液里特异性针对新型冠状病毒的IgM抗体。这种就是IgM捕捉法的胶体金试纸。
首先要了解人体抗体应答的规律——


人体在接触外来抗原的时候，最早产生的抗体是IgM（Ig就是Immunoglobulin/免疫球蛋白的意思），但是也需要是机体感受病原刺激大约一周以后才出现，所以在检测时间窗口上来说，不如核酸检测来的快。
IgM实际上就是B淋巴细胞表面的B细胞受体（BCR）的分泌形式，这是在人体发育成熟的过程中预先备好的巡逻兵，但是相当于是新兵蛋子，还没真正见过敌人。IgM在识别抗原以后，产生这些IgM的B细胞会进入淋巴结，在这里被已经分析好敌情的抗原提呈细胞APC（主要是树突状细胞DC）和辅助性T淋巴细胞的帮助训练下，杀敌本领有的质的飞跃，B细胞自己也有了觉悟，出现了进化，相当于Civ里一级战士变成了6级战士，进化的结果就是从B细胞分化为浆细胞，浆细胞可以大量分泌抗体，而且这些抗体的亲和力比IgM会高很多，这就是IgG。IgG会在机体内存在很长时间，有的甚至可以存在几十年。但是IgM只在病原体刚来的时候会出现，持续时间大约一周，所以，可以用IgM来反应机体是不是处于急性感染状态。
在了解机体抗体应答规律之后，我们就知道了，如果能检测到人体血液里存在针对新型冠状病毒的IgM抗体，那么就可以下临床诊断了。


那IgM捕捉法的胶体金试纸的原理也就很好理解了。  
试纸的布局还是一样的，只不过每一处的东西不一样了——  
样品垫上滴加的是血液样本（血清），这里面可能有针对新型冠状病毒的IgM抗体，在结合垫处预留的金标的抗原，而不是金标的抗体。这个抗原就是新型冠状病毒的一个蛋白（体外重组表达出来的）。这样IgM就会结合这个抗原，并且把胶体金带上了。检测线的位置放的是针对人IgM的抗体，这样，如果血液样本里有IgM，就会被这个地方的抗体截留一部分，但是如果这些IgM不能识别结合垫处的金标冠状病毒抗原，那么检测线也不会显色。所以这是检测线的原理。


对于质控线来说，这里留的是针对结合垫处的金标抗原的实验室制备的抗体，所以，不管样本里有没有特异性的IgM，只要加了流动介质，结合垫处的金标抗原都会被这个地方所捕获，也就是质控线一定会显色。  那这个质控就和上面一样简单了，大约15分钟，就能根据两条线的显色情况下判断了。  
原理介绍完了，胶体金的最大优点就是快速，方便。
但是缺点也很明显——通量不高，另外试纸的准确性高度依赖于抗体的特异性，如果抗体质量不好，那很容易有交叉反应，造成误判。另外，IgM产生的时间要晚于病毒复制的时间，所以检测窗口也不如核酸检测。
（完）

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