ウィスコンシン州の都市が、より迅速なDIY新型コロナウイルス検査を実験中

ウィスコンシン州ラシーンの消防署長、ブライアン・ウルフ氏は毎朝7時に、市庁舎別館と呼ばれる建物の人気のない片隅に出勤する。大恐慌時代に建てられた重厚なレンガ造りの建物で、それほど重厚とは言えない駐車場と自動車ガラス店が並ぶ一角にあるこの建物は、かつて専門学校のワークショップとして使用されていた。その後、市のボクシングクラブの本拠地となり、かつてリングがあった部屋には今でも看板がかかっている。最近では、このスペースは倉庫として使用されている。「基本的には倉庫です」とウルフ氏は言う。しかし数週間前、別館の副次的な用途が資産となった。古い品物は片付けられ、壁や床はきれいに磨かれ、部屋には実験器具や試験管やピペットの箱が並べられた。その結果、おそらく世界で最も控えめな新型コロナウイルス検査ラボが誕生し、ウルフ氏は現在、ピペッター長として消防隊を統率している。

階段を掃除する清掃員

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シフトの開始時に、消防士たちはガウン、ゴーグル、医療用マスクを装着する。そして、出勤途中に立ち寄る市の職員（許可証発行員、警察官、ライフガードなど）の流れを待つ。厳重な監視の下、来訪者はそれぞれ試験管に唾を吐く。そしてその日の残りの時間は、消防士たちはサンプルを温めたり、試験管から次の試験管に液体をピペットで移したりしながら検査を行う。「私たちの仕事は遅いんです」とウルフ氏は言う。「でも、私たちが対応するあらゆる緊急事態と同様に、協力しなければなりません。言い争いもミスもなく、必ずやり遂げます。」すべてがうまくいけば、昼食までに結果が出る予定だ。彼らは試験管の色が変わるのを待つ。ピンクはクリア、つまりウイルスが検出されないことを意味する。黄色はSARS-CoV-2の証拠である。

検査に用いられる技術はLAMP法（ループ介在等温増幅法）と呼ばれる。これは、ウイルスの遺伝子痕跡を探すという点で、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の一般的な診断方法であるPCR法（ポリメラーゼ連鎖反応）に似ている。しかし、より簡素化されたプロセスで、必要な化学成分、試験管、機器は少なくて済む。この方法は通常、ジカ熱やデング熱などの病気を検査するために、検査機関が利用できない地域や、大豆を病原体で汚染している病原体を調べたい農家が利用している。しかし、ラシーンでは、これは実験の一環。より安価で簡便な検査を十分な頻度で実施すれば、感染拡大を抑制できる可能性があるかを探るのだ。病院や検査機関に検体を送り、結果が出るまで何日も待つ代わりに、バンの荷台や学校の外、あるいは市営のボクシングジム跡地などで新型コロナウイルス感染症の検査ができないだろうか？

検査キットは、コーネル・ウェイル医学部の教授で、ラシーン出身のクリス・メイソン氏（同市長の弟）を通じてミシガン湖畔に届けられた。メイソン氏は今春、LAMP法に関する研究のプレプリントを発表し、FacebookとTwitterに投稿していた。それが兄の目に留まった。彼らの故郷も他の地域と同様、新型コロナウイルスの検査が十分に行われておらず、4月にメイソン氏の弟から研究について問い合わせの電話があった。市長は感染者数が急増していると伝え、検査キットを活用できないかと尋ねた。

メイソン氏によると、LAMP検査の背後にある考え方は、各町や都市に、より身近な場所で検査できる独自の能力を与えることだ。臨床的に認定された独自の検査施設を持つ地域は少ないものの、「どこも消防署を持っている」と彼は言う。新型コロナウイルス感染症（COVID-19）は症状がなくても感染する可能性があるため、学校や職場など、通常の生活に戻る上での最大の障壁は、COVID-19の症状の有無にかかわらず、多くの人々を定期的に検査する必要があることだ。ニューヨーク大学のノーベル賞受賞経済学者ポール・ローマー氏の推計によると、安全に検査を行うには1日あたり3500万件以上の検査が必要だという。

頻繁な検査によって、見逃された感染がその後の検査で発見される可能性が高いため、多少精度は劣るものの、おそらくはより安価な検査で済むようになる。ルイジアナ州立大学の微生物学者、ジェレミー・カミル氏は、重要なのは数時間、あるいは数分以内に結果が出ることだと述べている。これは、感染が拡大する前に封じ込めるのに役立ち、過度の混乱を避けるためにも不可欠だ。「救世主となる検査は、唾液から直接1時間で検査できる、経済的で信頼性の高いものになるでしょう」と彼は言う。感染者が職場で長時間一緒に過ごす前、あるいは高校のバスケットボールの試合のために体育館に人が集まる前に、彼らを捕まえることができるだろう。陽性反応が出た場合は、自主隔離を求められる。残りの人は日常生活を送ることができる。

メイソン氏にとって、LAMP法はこれらの条件をすべて満たしているように思えた。彼はウイルス監視の研究の一環として、この技術を研究していた。この研究は、地下鉄の改札口や病院のトイレの壁から微生物を拭き取り、公共の場に潜む微生物を調べるというものだ。そこで兄弟は計画を考案した。市の職員は、症状の有無にかかわらずLAMP法による検査を受け、そのデータから、この検査が他の場所で使用できるほど正確かどうかの手がかりを得るというものだ。近隣のウィスコンシン医科大学の生理学者でRNAの専門家でもあるアリソン・クリーゲル氏はメイソン氏を小学校時代から知っている。クリーゲル氏はラシーンでの作業を監督し、消防士たちに安全にサンプルを採取し、検査を行う方法を指導する。その訓練には、主にピペッティングを多用する作業が含まれる。

そして、どんなことがあっても、検査がないよりはましだと彼らは考えていた。「正直言って、怖かった」とクリーゲル氏は今春のあの頃を振り返る。「検査は不足していて、誰も何が起こっているのか分からなかった。もし検査が受けられなかったらどうしよう？自分たちだけでどうやってやればいいんだ？」

LAMP法は1990年代に日本の研究者によって初めて開発され、PCR法のやや後継機と言える。大まかにはPCR法と似たような仕組みだ。PCRと同様に、一連の化学反応を用いてサンプル中の遺伝物質を増幅し、特定のウイルスRNA配列との一致を容易に見つけることができる。しかしPCRでは、これらの反応は様々な温度で起こるため、自動化された装置が必要となる。一方、LAMP法では、反応は一定温度で起こる。つまり、サンプルを65℃に加熱するのに適した温水、ピペット、チップ、そして少量の試薬があれば十分だ。（メイソン氏によると、原理的には電子レンジを使ってキッチンカウンターで検査できるという。）

さらなる利点として、これらの化学物質は現在PCR検査に使用されている希少な供給品とは異なることが挙げられます。また、少なくとも現時点では安価です。ハーバード大学医学部の研究者による最近のプレプリントでは、検査が商業化された場合に避けられない諸経費や値上げを除いても、サンプル1個あたりわずか7セントで処理できる可能性が示唆されています。（ちなみに、ハイスループット検査室でのPCR検査は約40ドルですが、保険適用となると100ドルが一般的です。）

2月、ニューヨークのメイソン氏のチームは、LAMP法試薬を製造するニューイングランド・バイオラボ社の担当者に連絡を取りました。同社は、武漢でSARS-CoV-2のスクリーニング実験を開始していたチームが開発したデータと手法のコピーを彼らに送付しました。メイソン氏のチームはすぐに手順を組み立て、既知の陽性サンプル8つでこの手法をテストしました。「まさにひらめきの瞬間でした」と彼は言います。「20分で効果が現れました。鮮やかな黄色でした。」

彼らと他の研究グループは、複雑な実験器具の使用を減らすことを目標に、すぐに方法の改良に着手した。臨床検査室から診断検査をなくすのは簡単なことではない。「LAMP法はシンプルなレシピです」と、新型コロナウイルス感染症のPCR法とLAMP法の両方の検査開発に携わったハーバード大学の微生物学者メリス・アナタール氏は言う。「しかし、本当に極めて簡単で、間違いのないものでなければなりません。」一般的な臨床検査室では、部屋の周囲温度から各器具の較正や洗浄まで、あらゆる細部が厳密に管理されている。汚染されたピペット、数度ずれた湯煎、あるいは単に記録の付け方がまずいだけでも、結果は簡単に狂ってしまう可能性がある。さらに、十分な訓練を受けていないスタッフが試験管を間違えたり、感染性のある検体にさらされたりする懸念も常にある。

ここ数ヶ月、数十の大学や企業の研究者が集まり、メイソン氏が「gLAMP」（グローバルLAMPワーキンググループ）と呼ぶ非公式グループでこれらの課題について議論を重ねてきました。彼はこれを「競争前の空間」と呼び、人々がデータや手法をオープンに共有できる場と呼んでいます。ラシーンにあるような移動型またはポップアップ型のラボで使える手順の開発を目指す研究者もいれば、集中型のラボでLAMPがどのように機能するかを検証する研究者もいます。「私たちは、できるだけ多くのバイオテクノロジー船を進水させ、その向こう岸に何が届くかを見ようとしています」とメイソン氏は言います。

最近の毎週のZoom会議で、LAMPの研究者たちは、大きな変化球の一つ、唾液の扱い方について議論した。チューブに唾を吐く様子を観察する方が、医療従事者にとって危険性が低い。鼻の奥深くまで届く長い鼻咽頭スワブを持って近づく必要がないからだ。また、ウィスコンシン大学マディソン校のウイルス学者デイブ・オコナー氏が「予防疲れ」と呼ぶ状態を回避するためにも、これは非常に重要だ。例えば、普段はまったく健康だと感じている学校の教師たちが、週2回のスワブ検査を恐れるようになれば、監視検査はたちまち信頼できなくなる。「彼らは『大丈夫』と言って、検査を省略する方法を見つけるでしょう」とオコナー氏は言う。「私たちは、私も含めて、臆病者だらけの国民なのです」

LAMP 検査では、唾液は特定の技術的困難を伴う。「比色」検査の魅力はその単純さである。ピンクから黄色への変化の解釈は非常に簡単で、「サルやカメでも分析できる」とメイソン氏は言う。しかし、複雑な問題が発生する可能性もある。「サンプルが汚れている可能性があります」とアナタール氏は言う。「『検査前に何も食べないでください』と言っても、唾液にブロッコリーが入ってしまう人がいます。」余分な汚れがサンプルの酸性度を変え、最終的な色を狂わせる可能性がある。時には、少しオレンジ色になることもある。1 つの解決策は、サンプルに蛍光物質を追加することです。これはラシーンでのプロセスに追加されるステップであり、これにより色の変化を目視する必要がなくなります。コストは、蛍光を分析するための追加機器です。

もう一つの懸念は、精度の向上です。PCR検査にはRNA抽出と呼ばれる工程があり、正しいウイルス物質を増幅し、最終的に検出するために化学物質を使用します。LAMP検査にはこの工程がないため、検査感度が低く、一部の感染を見逃す可能性があります。安全対策が講じられた実験室環境であっても、一部の研究ではその数値は10%程度とされています。

しかしオコナー氏は、検査の精度は検査がどのように使用されるかという観点から考慮されるべきだと指摘する。感染中、ウイルス量が低い時期は2つある。曝露直後と、その後、ウイルスが弱まる罹病期間中である。検査が十分に頻繁に行われれば、曝露直後のグループは将来の検査で捕捉される。一方、回復が近いグループは感染力が最も低く、したがって新たなアウトブレイクを引き起こすリスクが最も低い。

計画は、これらの仮説に、より多くの実世界のデータを取り入れることだ。先週、ラシーンチームから独立して研究を行っているオコナー氏は、LAMP検査装置の機材を搭載した白いダッジのミニバンをマディソン市内を走り回り、ウィスコンシン国立霊長類研究センターの屋上で職員の検査を行った。「7月の炎天下でピペッティングをすることになるとは思ってもいませんでした」と、診断ではなくワクチンを専門とするオコナー氏は語る。「研究室がこれをやらないことに気づいたとき、私たちはこれを始めました。私たちの研究室が、専門とする動物モデル研究ではなく、このようなことをやっているのは、完全な失敗の兆候だと考えています。」

しかし、これまでのところ、彼は進捗に満足している。水曜日、彼のチームは11歳の息子が通う学校に機器を運び込み、そこで28人の教師と職員がボランティアで検査を試用した。これは、学校再開がどのようなものになるかを試すための試験運用だった。オコナー氏によると、監視検査はまずウイルスがほぼ制御されて初めて効果を発揮する。これは、無症状の感染者が新たな感染拡大を引き起こす前に発見することを目的としており、既に猛威を振るっている感染拡大を食い止めるためのものではない。

ウィスコンシン州は現在、グレーゾーンにある。1ヶ月前までは、学校は秋には再開できると思われていたが、感染者数が再び急増し、見通しは不透明だ。「理想は子供たちが安全にここにいられることです。しかし、これは地域活動なので、私の力ではどうにもならない部分もあります」と、オコナー氏の息子が通うイーグルスクールの校長、アンディ・ライト氏は語る。「このような検査があれば、他の場所よりも積極的に実施できるでしょうか？できると思いますし、保護者や教師もより安心できると思います」。理想的には、オコナー氏は、両親とウィスコンシン大学の研究委員会の承認が得られれば、子供たちも検査したいと考えている。（ただし、唾液を使ったサンプル採取には、子供たち特有の課題があるとライト氏は指摘する。）

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結局のところ、監視検査の主な障壁は技術的なものでも物資の入手問題でもないだろう（オコナー氏によると、物資入手で最大の課題となったのは、唾液容器の外側を拭くためのリゾールの入手だった）。障壁は規制と物流の問題だ。LAMP法の主な利点は、レシピがモジュール化されており、さまざまな環境に容易に適応できることだが、規制当局にとっては不利になる可能性がある。食品医薬品局（FDA）は新型コロナウイルス感染症のいわゆるポイントオブケア検査をいくつか承認しているが、それらは典型的にはパッケージングがしっかりしている。通常は病院にしか設置されていない専用の機械で動作し、40ドルもする使い捨てカートリッジを使用している。FDAはこれまでに、LAMP法に加えて、遺伝子編集技術をLAMP法に重ねて検査の特異性を高めるCrispr法ベースの検査も承認しているが、これは認定された研究室でのみ行われている。

「実際には、現在の規制基準に適合するのは非常に困難になるでしょう」とオコナー氏は言う。一つの戦略としては、標準化された一連の機器と手順を用いて診断を提供できる移動式検査室の臨床認証を取得することが考えられる。もう一つの戦略は、診断を伴わず、最終的な判断としてPCR検査を受けるべき人を選別するスクリーニング検査を行うことだ。しかし、どちらのケースにも明確な規制枠組みはない。「これは、組織的かつ協調的な対応の一環として行う必要があります」と彼は言う。「チューブに唾を吐き、それを加熱して1時間待つような検査計画を立てるだけのロジスティクス能力が私たちに不足しているとは考えていません。11歳の子供に1日で教えることができるでしょう。」

現時点では、マディソンとラシーンでの実験は研究として行われており、チームは検査の妥当性を検証するためのデータを生成するものであり、診断を提供するものではない。しかし実際には、一種のスクリーニングを提供する。ラシーンでは、検体が黄色に変色した場合（陽性）、クリーゲルは職場の職員に電話をかけ、「潜在的に臨床的に意義のある」結果が出たと伝える。彼女は、結果を確認するために、できるだけ早くアネックスに戻って鼻腔ぬぐい液の採取をするよう指示する。消防士が採取した検体は、PCR分析のためにシカゴの研究所に送られる。この知らせを冷静に受け止める職員もいる。ある職員は、悲しみに暮れながら現場に到着した。「それがまさに課題です」とクリーゲルは言う。「どうすれば、人々に常に不安を感じさせずに、この種の検査を実施できるのでしょうか？」

しかし、消防署長のウルフ氏は、街が安心しつつある兆候が見られると述べている。噂は広まり、市職員の間で検査を受けるボランティアも増えている。メイソン氏は、ロジスティクスと資金が確保できれば、ラシーン市の7万7000人の住民にすぐに検査を開始したいと考えている。その間、ウルフ氏と彼のチームは、ピペッティング技術の向上と、市民の不安を和らげることに努めている。「私はただ、住民に安心してもらうように努めています。マスクを着用し、できる限り隔離してください」と彼は言う。「周りの人と気を配っていれば、みんな大丈夫です」

7月24日（金）午後1時（東部標準時）に更新しました。LAMP反応が起こる温度を訂正します。95℃ではなく65℃です。

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