Implementation of SARS-CoV2 Screening in K-12 Schools Using In-School Pooled Molecular Testing and Deconvolution by Rapid Antigen Test

使用校内混合分子检测和快速抗原检测反卷积在 K-12 学校实施 SARS-CoV2 筛查

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作者:Nira R Pollock, David Berlin, Sandra C Smole, Lawrence C Madoff, Catherine Brown, Kelsey Henderson, Elizabeth Larsen, Jeremiah Hay, Stacey Gabriel, Atul A Gawande, Niall J Lennon

Abstract

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV2) testing is one component of a multilayered mitigation strategy to enable safe in-person school attendance for the K-12 school population. However, costs, logistics, and uncertainty about effectiveness are potential barriers to implementation. We assessed early data from the Massachusetts K-12 public school pooled SARS-CoV2 testing program, which incorporates two novel design elements: in-school "pod pooling" for assembling pools of dry anterior nasal swabs from 5 to 10 individuals and positive pool deconvolution using the BinaxNOW antigen rapid diagnostic test (Ag RDT), to assess the operational and analytical feasibility of this approach. Over 3 months, 187,597 individual swabs were tested across 39,297 pools from 738 schools. The pool positivity rate was 0.8%; 98.2% of pools tested negative and 0.2% inconclusive, and 0.8% of pools submitted could not be tested. Of 310 positive pools, 70.6% had an N1 or N2 probe cycle threshold (CT) value of ≤30. In reflex testing (performed on specimens newly collected from members of the positive pool), 92.5% of fully deconvoluted pools with an N1 or N2 target CT of ≤30 identified a positive individual using the BinaxNOW test performed 1 to 3 days later. However, of 124 positive pools with full reflex testing data available for analysis, 32 (25.8%) of BinaxNOW pool deconvolution testing attempts did not identify a positive individual, requiring additional reflex testing. With sufficient staffing support and low pool positivity rates, pooled sample collection and reflex testing were feasible for schools. These early program findings confirm that screening for K-12 students and staff is achievable at scale with a scheme that incorporates in-school pooling, primary testing by reverse transcription-PCR (RT-PCR), and Ag RDT reflex/deconvolution testing.

文献解析

1. 文献背景信息

  • ​标题/作者/期刊/年份​​:

    • ​标题​​:Implementation of SARS-CoV2 Screening in K-12 Schools Using In-School Pooled Molecular Testing and Deconvolution by Rapid Antigen Test

    • ​作者​​:Nira R Pollock等

    • ​期刊​​:Journal of Clinical Microbiology(影响因子6.100)

    • ​年份​​:2021年8月

    • ​权威性与时效性​​:发表于临床微生物学领域权威期刊,研究发布于Delta变异株流行期间,对学校疫情防控具有即时参考价值。

  • ​研究领域与背景​​:

    • ​领域​​:公共卫生与传染病防控,聚焦K-12学校场景的SARS-CoV-2筛查策略。

    • ​研究现状​​:当时学校重启面临检测成本高、操作复杂等挑战,亟需高效、经济的筛查方案。争议点在于混合检测的敏感性与抗原检测用于反卷积的可靠性。

  • ​研究动机​​:

    填补学校大规模筛查的实践空白,验证“校内混合分子检测+抗原反卷积”这一创新策略的可行性,为低资源环境提供可推广方案。


2. 研究问题与假设

  • ​核心问题​​:如何通过优化检测流程(混合PCR+抗原反卷积)实现K-12学校低成本、高可行性的SARS-CoV-2筛查?

  • ​假设​​:校内组池(5-10人)结合抗原反卷积可维持检测灵敏度,且操作复杂度可控。


3. 研究方法学与技术路线

  • ​实验设计​​:前瞻性观察性研究,分析马萨诸塞州公立学校3个月的筛查数据。

  • ​关键技术​​:

    • ​混合检测​​:干前鼻拭子组池(5-10人),RT-PCR初筛。

    • ​反卷积技术​​:阳性池用BinaxNOW抗原快速检测(1-3天后复测)确认个体阳性。

  • ​创新方法​​:

    • 首次在学校场景实施“校内组池+抗原反卷积”全流程,减少样本运输与实验室负担。


4. 结果与数据解析

  • ​主要发现​​:

​                      规模与效率​​:共测试187,597份样本(39,297池),池阳性率仅0.8%,98.2%池为阴性,显示筛查高效性。

​                      灵敏度​​:70.6%阳性池的CT值≤30,抗原反卷积成功率达92.5%(CT≤30时)。

​                      局限性​​:25.8%阳性池需额外复测(抗原假阴性),提示高病毒载量(CT≤30)时抗原更可靠。

  • ​数据验证​​:通过大规模真实世界数据验证策略可行性,但未设独立对照组。

  • ​局限性​​:未评估变异株影响;抗原反卷积延迟1-3天可能漏检早期感染。


5. 讨论与机制阐释

  • ​机制解释​​:低池阳性率(0.8%)反映社区传播水平,抗原检测对高病毒载量样本敏感性与PCR一致。

  • ​与既往研究对比​​:支持混合检测的经济性(如Larremore等2021理论模型),但首次实证抗原反卷积的实操可行性。

  • ​未解决问题​​:如何优化低病毒载量(CT>30)池的反卷积策略?不同变异株对检测的影响?


6. 创新点与学术贡献

  • ​理论创新​​:提出“校内组池+抗原反卷积”的学校筛查新范式,平衡成本与效率。

  • ​技术贡献​​:验证抗原检测用于混合样本反卷积的实用性,为资源有限地区提供模板。

  • ​实际价值​​:直接支持学校安全开放政策,方法可扩展至其他传染病(如流感)监测。


总结

该研究为学校大规模传染病筛查提供了可操作的解决方案,创新性地将混合PCR与抗原检测结合,虽存在灵敏度局限,但为公共卫生实践提供了重要证据。后续研究可聚焦于技术优化(如数字PCR提升低载量检测)及变异株适应性评估。

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