急速に展開可能、オフグリッドの実験室を設計されており、リモートのリソースに制約のあるグローバル設定の構築します。機能とロジスティック強化、拡張可能な多機能の実験モジュールの重要な側面が検討されます。基本的な実験室のワークフローのためのチェックリストと呼吸器ウイルス診断テストのためのプロトコルを開発・発表します。
最近の流行 (エボラ、ジカ、MERS、インフルエンザ等) 下線で上向い詳細 ‘軽快、’ の必要性調整交通、アクセス、設備、機器、通信プロバイダーに至るまでの問題の多くに対処する応答トレーニング。これに対処するには、限られたリソースのグローバル設定で緊急事態と伝染病の革新的で拡張性の高い、物流強化、モバイル、研究室設備を開発しました。学術の医療センターとして臨床操作のバック グラウンドを活かし、我々 施設を設計、急速に配置可能なモジュール式 BSL-2 および BSL 3 薬および供給の追跡および管理のための使いやすいソフトウェアを遠隔地域の流行時に、発生。私たちインター モーダル、携帯電話、拡張の出荷コンテナー研究ユニットを紹介します。研究所のデザイン、消費電力を抑え、代替水源を許可してオフ グリッド使用が促進します。ユニットの情報通信技術 (ICT) プラットフォーム (i) 使いやすいタブレット ベースのドキュメントを提供します (ii) 患者および消耗品貨物追跡の向上、(iii) 組み込み遠隔機能を持つ通信オンサイトを統合します。リモート環境の品質を確保する、基本的な検査のワークフローのためのチェックリストと逆転写ポリメラーゼ連鎖反応 (RT-PCR) を使用してウイルスの呼吸器の診断のためのプロトコルを開発しました。前述のように、この革新的で包括的なアプローチは、グローバル環境でリソースの限られた研究所機能の提供のためことができます。
迅速な診断はタイムリーなウイルス感染制御の重要な器械特に初期症状は様々 な感染症の区別がつかない。西アフリカ1,2, アジア、ラテン アメリカの3、4でジカのウイルス感染症 (2015-2016), 中東呼吸器症候群 (MERS) コロナ ウイルスの出現で最近のエボラ出血熱流行 (2014-2015)感染症5,6、および米国7、8に非常に致命的なインフルエンザ (インフルエンザ) 伝染病 (2017-2018) 明らかに対処する多数の急速に展開、研究所の施設・設備の必要性交通、アクセス、設備、機器、通信からの問題。
グリッドをオフ機能 (自律的な電力と水の供給、等) は地方の限られたリソースのグローバル設定9,10,11重要です。臨床業務と薬の Baylor の大学グローバル プログラムでの経験は、設計、容易な導入、セットアップ、および多機能の使用 (BSL-2 および BSL 3) の機能を持つコンテナ ベースの携帯電話の研究を構築する使用されました。この汎用性の高い、ロジスティック強化研究所施設のイメージは図 1に示します。
この急速に展開、研究所施設は拡張可能な設計を前述のコンテナー クリニックと同様 (‘ 緊急スマート ポッド ‘)12,13,14, 薬の Baylor の大学によって開発されたと米国国際開発庁が主催。(トランスポート モード) でパックされた単位が 9 フィート 9 インチ × 8 フィート × 8 のサイズ フィート (図 1 a, B)、170 平方フィート (15.75 m2) の領域を展開し、(図 1、D)。ユニットは、2 〜 4 人で 10 分以内で展開できます。
個別のモジュラー、アタッチ可能な BSL 3 ユニット (図 2 b) 向け仕事感染性病原体の吸入を介して深刻なまたは潜在的に致命的な病気を引き起こす可能性がありますリモート研究所 BSL 2 ラボ施設 (図 2 a) に最適します。15します。 2 つの実験モジュールの接続実験ワークフロー、リソースの共有、コスト削減 (図 2 C E) の最適化を有効にします。
モジュールは、気密と水密快適で、エネルギー効率の高いモバイル避難所を作成します。暖房、換気および空気調節 (HVAC) システムは、集中および温度制御ユニットに使用されます。一般的に、研究室単位の設計は、太陽電池パネルおよび独立した電気発電機など独自の代替電源の使用状況によって消費電力を最小化します。各ユニットには、シンクと洗眼、電力、水コネクタ (図 3 a C) が含まれています。ICT プラットフォームを実現するオプション、タブレット ベース (iPhone/iPad または Android 携帯電話/タブレット) 供給追跡と (図 3 D) 研究室結果ドキュメントにドキュメント アプリはベイラーの情報技術 (IT) との提携で開発限られた接続とリモート環境で働くことで経験豊富な研究グループ。システムは、携帯電話または無線信号を使用して機能することができます、即時バックアップまたはセキュリティで保護されたクラウド ベースのサーバー接続が再確立されたときにトランス ミッションと接続することがなくドキュメントをことができます。
研究室でを含むいくつかの重要な感染症-制御機能: (a) 負圧空気流、(b) のグローブ ボックスやバイオ セーフティ キャビネット、(c) 健康リスク管理システム: 実績のある防衛の 4 階層を使用した殺菌紫外線 (UV-C) 照明システム医療関連感染症を引き起こす病原体の 99.7% をなくす。施設は、効率的かつ効果的な除染用過酸化水素または次亜塩素酸ナトリウム (漂白剤) システムを使用して簡単に消毒です。16
品質検査結果の保証は、全体の診断テスト プロセスのあらゆる側面を評価するためのコミットメントに依存します。ここでは、BSL-2 および BSL 3 室のワークフローのためのチェックリストと急速な呼吸器ウイルス診断テストのためのプロトコルを提案します。ウイルス疾患の提案された診断は、リアルタイム逆転写ポリメラーゼ連鎖反応 (RT-PCR) を介して試験片 (鼻洗浄、血液、便、尿等) のウイルスの RNA または DNA の検出に依存します。急速に標本のウイルスの負荷を推定する機能は、ウイルス性疾患17,18のスクリーニングのための効率的なツールを PCR になります。小説の実装では、分子診断アッセイ エボラ19,20,21インフルエンザ8,22, 結核などウイルスの診断機能の拡張が可能します。)23。
この作業の目的は、新規にモジュール化され、急速に配置可能なラボを検証し、流行、自然災害やその他の救援中にリモート、低リソース環境研究所職員のトレーニング ガイドを提供状況。この革新的な携帯用の研究室で呼吸器系インフルエンザ診断プロトコルを紹介します。
上記で説明したリモートの研究施設はロジスティック指向、拡張、急速に配置可能な多機能、実験室の人員およびワークスペースの効率を保護するために連動になった人間中心設計概念に基づいて。迅速検査の設定と安全な呼吸器ウイルス分離と診断の詳細なプロトコルを開発、発表します。
最適な装置が機能するため次の条件は、研究室単位で維持されなければならない: 21 ± 2 ° C ・許容温度 5 ~ 40 ° C の許容最大相対湿度 80 %rh (結露しないこと)、相対湿度 14 ± 5% の湿度・温度0 と海抜 2,000 m の高度。
エネルギー消費は、オフグリッド研究室管理の最も重要なパラメーターの 1 つです。コア実験装置、電力効率が異なる 15-40%。しかし、平均エネルギー消費量は、適切なサービスを提供するここで推定されます。力率 (1,500-2,000 W) はエアコン、グローブ ボックス システム、PCR 機、オートクレーブ滅菌装置に関する。プロトコルと 16 時間研究室環境制御の実施集中的な仕事の 8 時間を考慮した研究室単位の毎日のエネルギー消費は約 36 kWh/日 BSL 2、BSL – 3、約 43 kWh/日、接続の 73 kWh/日BSL-2/BSL-3 + 設備。単一ユニットの実行/連続電力 ≥8 の容量を持つ電力のソースを提供することをお勧めします kW、≥10 kW の電源サージ/開始。接続されている設備、ランニング/連続電力の電力 ≥14 kW の ≥12 kW とサージ/開始。注意: BSL 3 研究所施設のバックアップ エネルギー源は偶発的な停電を避けるために、診断テスト中にグローブ ボックスと負圧システムの安定した作業を保証する強くお勧めします。
電気のガソリン発電機は、緊急エネルギー供給のためのコスト効率の高いソリューションです。ガソリン発電機の燃料効率が 100% の負荷で 1 時間あたり約 1.5 ガロンであると仮定します。平均毎日のエネルギー消費量は、する場合 40% の 8 時間し 16 時間の負荷が 10%、ラボユニット BSL 2 または BSL 3 7 9 日あたりの燃料のガロンが必要です同様に、し、接続施設 〜 15 ガロン/日を必要とします。
リモート研究ユニットは、オフグリッド ソーラー パネル システムの機能に合うように設計されています。ソーラー パネルは、付加的な燃料を必要としないし、高い太陽光照射によるアフリカ、アジアおよびラテン アメリカの熱帯および亜熱帯地域で生産性の高い操作ことができます。現在、市販の太陽電池パネル システムの 1 つのユニットは、最大 44 kWh/日の毎日の電力使用量をことができます。
電気の代替エネルギー源の選択した種類に関係なくダーティ電気フィルターが強く推奨し、電源の品質を改善するために実験装置を保護するために、研究所の施設にプリインストールされています。強い電磁波がデバイスの適切な動作を妨げる可能性がありますので、PCR システムを強くてシールド電磁波源から離して保管します。また、強い振動に近い PCR システム源、遠心分離機やポンプなど過度の振動が計測器の性能に影響を与えるので使用しないでくださいが重要です。実験装置は、ダスト粒子や木材チップなどの非導べ電性の汚染物質を含む環境でのみインストール可能性があります。機器部品の上に粒子状物質を追い払うことができる任意の通気孔から部屋を確認します。
研究所の水使用量は、毎日実行する診断テストの数と技工士施設での作業の数に依存します。ヌクレアーゼ フリー水抽出、PCR 検査など診断のプロシージャの間にミキサーの準備のため必要で、事前に、他の消耗品や化学物質に配信する必要があります。ヌクレアーゼ フリー水の少なくとも 50 mL は; 1 つの診断テストを実行するために必要なヌクレアーゼ フリー水の必要量は、(すなわち、上のサンプルの数) の作業負荷によって異なります。蒸留水は、オートクレーブ滅菌装置を実行する必要です。1 つのサイクルでオートクレーブ水消費量は 160-180 mL;毎日の使用には、オートクレーブをお勧めします。プラスチック (管、ピペット チップ、等) のほとんどは使い捨てが、いくつかは再利用可能な (大型コンテナー、ラック等) を洗浄する必要があります。プロシージャの間に手を洗浄するため定期的に実行している水が使用され、その最小限のボリュームが毎日 15-20 L と推定されています。水は圧力のために励起される必要があります。堆積物の有害な効果から水機器を保護するために、水道水の質を改善するためには、底質の前処理フィルター システムをお勧めします。
冷蔵、冷凍庫 4.9 立方フィート (-30 ° C に-20 ° C) 1 つと、少なくとも 1 つ 5.1 立方フィート冷蔵庫 (+4 ° C) する必要が各研究室単位でサンプルを格納/RNA。
除染研究室に複数のレベルが含まれています: クリーニング > 消毒 > 消毒 > 滅菌。簡単なクリーニングは、手袋をはめた手やブラシでスクラブしながら石鹸と水を使用して実行できます。消毒には、成長と細菌の増殖を抑制するために液体抗菌化学洗浄が含まれています。アルコール溶液 (70%)消毒液として使用できます。消毒は、作業面・機器 (細菌の胞子) を除くほぼすべての病原微生物を排除するために液体化学品のアプリケーションです。消毒薬の濃度、温度、化学物質の暴露時間は、重要です。次亜塩素酸ナトリウム溶液 (0.5%)、または漂白剤は、大規模表面の浄化と水の浄化のために有効な殺菌剤です。紫外線殺菌は、消毒の別方法です。殺菌ランプは、UV-C の光を生成し、細菌やウイルスの不活性化に 。滅菌耐性細菌胞子を含む – すべての微生物生命を破壊する物理的または化学的手順を採用しています。オートクレーブ滅菌器で滅菌できます。
すべての実験廃棄物は、世代の時点で分離する必要があります。場所の固体、非シャープ、感染性の廃棄物防漏こみ袋では、バイオハザードとしてマークされます。発生した廃棄物がシャープの場合は、耐穿刺性容器に配置する必要があります。液体用コンテナーを正しくラベル付けされたバイオハザードの感染の危険性の液体廃棄物を収集します。容器や袋は埋めてはならない 2/3 以上のボリューム。漂白剤製品がすべての処分は、自分の指定されたゴミ箱に並べ替える必要があります。実験廃棄物は生成エアロゾルや袋や容器の破損を避けるために優しく扱われなければなりません。バイオハザード廃棄物のコレクション袋/箱は、0.5% 次亜塩素酸ナトリウム溶液で使用後染シールおよび外部の表面をする必要があります。すべての研究室の廃棄物を滅菌 30 分焼却前の 121 ° c のオートクレーブで。オートクレーブの適切な使用のための機能のマニュアルを参照してください。可能であれば、適切な滅菌を確実にオートクレーブに化学的または生物学的インジケーターを追加します。設定、日付、時刻、および演算子の滅菌、すべてオートクレーブ固体および液体廃棄物を明確に表示する必要があります。ラベルの廃棄物を焼却する前にセキュリティで保護された、独立したエリアに配置されますする必要があります。
予想通り、診断テストのワークフローは、病気と試料によって異なります。ウイルス同定血液サンプル (エボラ19など) を収集するためにお勧めのサンプル因数が-80 ° C (呼吸器ウイルスに必要) ではなく-20 ° C で保存できます。常に、後で標本を分割するよりも患者からサンプリングを行う 1 つ以上の標本を取ることをお勧めします。可能であれば、試料の種類ごとに、少なくとも 2 つの標本は、個別検体チューブで取られなければなりません。追加サンプリングが可能でない場合、標本は分割ある必要があります。
適切な温度で代替の標本を格納できない場合 (例えば、冷凍庫が利用できない) 綿棒は、純粋な (100%) に格納されている必要がありますエタノールまたは 99% メチル化された精神 (メタノール添加物のみ)。この場合、エタノールの 1-2 ml バイアルに綿棒の先端を置く必要があります。そのような標本が PCR にのみ適していることに注意してください。また、メモ、老舗アッセイは各特定のウイルス診断8、23に必要な未知のウイルスのサンプルは、さらに調査19,20、割り当てられた所に送られなければなりません。 21。
呼吸器ウイルス診断 PCR テストのための実験装置のリストに必須および推奨要件を認識する必要があります。表 3は、基本的な最小限度 (推奨) 機器と RT-PCR 診断テストの要件を強調します。BSL 3 練習のため人員の余分な負圧保護 (グローブ ボックスなど) が重要かつ必要です。
接続された実験室モジュールは、ラボにおけるテストおよび 1 つのテストに必要な時間を高速化に関与する人員の数を増やすことが望ましい。時間のかかる手動の RNA の抽出を交換自動 qPCR (例えば、QiaCube) で可能です。この楽器は面倒 (幅 65 cm、長さ 62 cm、高さ 86 cm)、BSL 2 または BSL 3 単位で家具の転位後モバイル研究所ワークスペースを合うことができます。
今後の作業は、拡張現実感 (AR) の開発に焦点を当てたが、バーチャルリアリティ (VR) のトレーニング。AR/VR メガネは、よく訓練された実験室労働者になるための必要な技能を教えるためのインタラクティブなプラットフォームを提供するために使用されます。検査診断の困難、マルチ ステップの手順の一部を実行するヒントは、ソフトウェア ガイドに含まれます。人材育成へのこのアプローチは、診断テストのパフォーマンスとリモートの研究施設、特にリモートのリソースも制約領域管理の質を改善すべき。
The authors have nothing to disclose.
この資料の内容は、ビューまたはポリシーの米国の保健社会福祉省の著者と所属機関を必ずしも反映しません。この研究は、ポール G アレンファミリー財団「エンハンス 0-インパクト、緊急スマートポッド」によって支えられました。すべての有意義な議論と GSS 健康薬の Baylor の大学、NASA のジョンソン宇宙センターから同僚とのコラボレーションをお願い申し上げます。リモートの研究施設の呼吸器ウイルスの診断テストを実行するサーモ フィッシャー科学的と RT-PCR 機械、遠心分離機、自動ピペット ・ ローンの代表に心から感謝しております。著者は原稿のビデオ撮影に彼らの支援のためマルタ Storl デズモンドとシドニー スティーヴン ・ ソレルに感謝しています。
Autoclave Sterilizer 'BioClave' | Benchmark Scientific, Edison, NJ, USA | B4000-16 | 16 liter, Benchtop, Dims: 22×17.5×15.7 in, Fully automatic, Extremely Compact |
Barcode Scanner | Zebra Technologies ZIH Corp., Lincolnshire, IL, USA | Symbol LS2208 | Handheld, lightweight |
Breaker Box Panelboard Enclosure | Square D (Schneider Electric), France | MH62WP | NEMA 3R/5/12, Dims: 20 W x 62 H x 6-1/2 in. D, Electrical distribution board |
Centrifuge – Microcentrifuge 17,000 x g | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 75002440 | Holds 24 x1.5 or 2 ml tubes, Dims: 8.9×9.6×13.8 in |
Class II Biological Safety Cabinet | NuAire, Inc., Plymouth, MN, USA | NU-602-400 | 4 Ft. Class II Type A2 Cage Changing Biological Safety Cabinet, 12" Access Opening, HEPEX Pressure Duct |
Class III Biological Safety Cabinet (Glove box) | Germfree Laboratories, Ormond Beach, FL, USA | Model #PGB-36, Serial #C-2937 | Glove box, Portable, 36", Class III BSC. Dims: 36x20x23.75 in, Includes 2 interior outlets |
Cryo Coolers | VWR, Radnor, PA, USA | 414004-286 | 0.5 or 1.5 ml tube benchtop coolers |
Freezer (30°C freezer) | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | Model ULT430A | To occupy 4.9 Cubic feet |
Laminar Flow Cabinet | NuAire, Inc., Plymouth, MN, USA | NU-126-300 | 3 Ft. Vertical Laminar Airflow Cabinet, 8" Access Opening, HEPA filter supply, 99.99% |
Mini Centrifuge | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 75004061 | Dims: 4.1×5.0x6.0 in |
Pipettes automated | VWR, Radnor, PA, USA | 05-403-151 | Pipet 4-pack (2.5,10, 100 and 1,000μL volume) |
Pipettes automated 'Finnpipette' | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 4700880 | Pipet 4-pack (2, 20, 200 and 1,000μL volume), Advanced Volume Gearing(AVG), Ultra durable |
Power Generator | Cummins Power Generation, Minneapolis, MN, USA | C60 D6 | 60 kW, 60 Hz, 1 Phase, 120/240V, Diesel |
Refrigerator | BioMedical Solutions, Inc., Stafford, TX, USA | BSI-HC-UCFS-0504W | Standard Undercounter Refrigerators & Freezers |
Refrigerator | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 05LRAETSA | To occupy 5.1 Cubic feet |
RT-PCR machine 'Step-one plus' | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 4376598 | Holds 96 samples, Dims: 9.7×16.8×20.2 in |
Vortex Mix | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 88880017TS | Dims: 6.1×8.3×3.3 in |
Chemicals | |||
AgPath-ID One-Step RT-PCR Reagents | Applied Biosystems, Foster City, CA, USA | 4387391 | |
Ethanol Koptec Pure 200 Proof | Decon Labs, Inc., King of Prussia, PA, USA | V1001 | |
Nuclease-free Water | Ambion, Inc., Carlsbad, CA, USA | AM9906 | |
QIAamp Viral RNA Mini Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 52906 | |
SuperScript III Platinum One-Step qRT- PCR Kit | Invitrogen, Carlsbad, CA, USA | 11732-088 | |
Disposable | |||
1 mL cryogenic tubes | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 03-337-7X | |
1.5 mL tubes | VWR, Radnor, PA, USA | 10025-726 | |
10 µL Filter Tips | Neptune, VWR, Radnor, PA, USA | Neptune, BT10XLS3 | |
20 µL Filter Tips | Multimax, BioExpress, VWR, Radnor, PA, USA | MultiMax, P-3243-30X | |
200 µL Filter Tips | ART, Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | ART, 2770 | |
1000 µL Filter Tips | Phenix Research Products, Candler, NC, USA | TS-059BR | |
AB custom probes | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | N/A | Custom probes |
Combitips | Eppendorf, Hauppauge, NY, USA | 89232-972 | |
Integrated DNA Technology (IDT) custom probes and primer | IDT | N/A | Custom probes |
MicroAmp Fast Optical 96-Well Reaction Plate | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 490003-978 CS | |
MicroAmp Fast Reaction Tubes (8 tubes/strip) | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 4358293 | |
MicroAmp Optical 8-Cap Strip | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 4323032 | |
MicroAmp Optical Adhesive Film | Thermo Fisher Scientific, Carlsbad, CA, USA | 4311971 | |
Supplies | |||
Biohazard waste bags | VWR, Radnor, PA, USA | 14220-046 | 20.3 x 30.5 cm Biohazard bags |
Gloves | Denville Scientific, Holliston, MA, USA | G4162-250 | Small, meduim or large Nitrile or latex gloves |
Lab coat | N/A | N/A | Customizable |
Masks | VWR, Radnor, PA, USA | 414004-663 | Advanced protection mask |
Protective shoes | N/A | N/A | Customizable |