Dr. Tairaのブログ

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PCR検査の管理と体制改善

はじめに

いま流行中のCOVID-19感染の実態把握と陽性患者確定には検査が不可欠です。このために世界中で多く使われているのがPCR検査です。具体的には、原因ウイルスSARS-CoV-2RNAを検体から取り出し、それをDNAに変え(転写し)、それを鋳型として特定遺伝子部分を繰り返し増幅し、リアルタイムで自動検出するrRT-PCR(→ブログ記事:PCR検査をめぐる混乱という技術を使っています。

この検査を担っているのが保健所・地方衛生研究所、民間検査会社、医療機関、大学病院などです。連日のように多数の検体を処理しますので、結果報告の遅延や、本来はあってはならないことですが、検査ミスが発生する事例も報道されています。これらは、元はと言えばPCR検査不足の問題(国の初動検査方針の歪み、検査施設と体制の不備、検査員不足、試薬キット不足など)から来るものです。

私は民間会社での受託分析事業としてのPCR検査と、大学の研究の中でのPCR実験の両方を経験していますので、多少なりとも今のPCRを巡る状況については意見を持っています。このブログ記事では、検査ミスの事例に加えて、検査の考え方(実験との違い)、検査不足を解消するための人員や消耗品不足の問題などを取り上げて述べたいと思います。

1. 検査ミスの事例

4月11日、愛知県衛生研究所のPCR検査で、24人が陽性と判定されました。しかし、検査結果についてはすぐに疑義が生じたため、再度検査が実施された結果、28名中、実際の陽性者は4名だとわかりました [1]。愛知県はこの誤判定の原因として、検体からウイルスRNAを抽出する際に他検体への汚染が起こった可能性を述べました。

このような汚染が起こりやすいのは、抽出操作の際にピペットの先につけるチップの交換を忘れたり、試薬を汚染した時などです。きっとこのような汚染事故が起こったのでしょう。また、前の検体のキャリーオーバーによる汚染も起こりやすいです。

埼玉県川口市は4月30日、PCR検査で陽性者と陰性者を取り違えて、それぞれ医療機関を通じて本人に連絡していたと発表しました [2]。検査は市保健所で実施されましたが、検査結果票に記入する際に検体識別番号を取り違えたのが原因であるとされています。これはPCRを終えた後のデータ処理・管理の問題です。

また、神奈川県横浜市は5月1日、医療機関自治体から依頼を受けてPCR検査を実施した民間検査会社が、陰性を陽性と誤って判定した事例が38件あったことを発表しました [3]。原因としては、試薬の調整、試薬と検体の混合という作業過程で、何らかの異物が混入した可能性があり、それが作業者の手袋の付着物による可能性を指摘しています。

報道では異物とか手袋とか言っていますが、PCRで陽性となったということはウイルスのRNAが確実に入っていたという証拠です。ピペッティング操作中に感染者の検体サンプルの一部が試薬のマスターミックス(検体に添加する試薬の混合物)に混入し、その後の当該38人の検査分すべてにそのミックスが分注された結果、つまり異なる1検体からの汚染とするのが、一番考えやすいです。これは愛知県と同様なPCR操作自体の問題です。

陰性者が陽性者と誤判定されることは、被検査当人にとっては健康や命に関わることなので事態はきわめて深刻であり、絶対あってはいけないことです。しかしまた、人が行う限りミスは発生するものであり、とくにCOVID-19の検査においては何万件という多数の検体を処理するわけなので、当然事故も想定されます。

そのような検査ミスや事故を回避すためのプログラムバックアップのシステムも、当然考えておかなければいけません。とくに民間会社の場合は、一旦検査事故を起こしてしまえば強い行政指導が入りますし、会社そのものの信用を落としてしまいます。

行政検査を担っている保健所・地方衛生研究所については、そもそも今回のような感染症流行に伴う検査業務に法的根拠がないという問題があります。感染症法上にも特措法上にもありません。したがって、地方衛生研究所は、自分たちの検査の管理、報告、公表を何に基づいてやったらいいのかの判断が脆弱であり、構造的にミスや遅滞を起こしやすい環境下に置かれています。

2. PCR実験 vs. PCR検査

PCR検査の人員不足が指摘される中、ウェブ記事やSNS上では「PCRはだれでもできる」という意見がある一方で、「2、3年はかかる」とか「職人芸」とかいう意見もあります。また、「精度が低い」のような、さまざまな意見が飛び交っています。

このような意見の多くは、PCR検査に関する知識不足から来るものが多いようです。医者とか専門家であると名乗る人たちから、このような誤った意見が出されていることもけっこうあります。2、3年はかかる技術などとは、どこから来るのでしょうね。

PCR実験をやったことのある人なら、誰もがそれが簡単な技術であることは知っています。習熟に2、3年はかかる職人芸であるということは決してないです。少し予備知識があるバイオ系の学生であれば、機器操作も含めて2、3日で覚えられます。今行われている新型コロナウイルス SARS-CoV-2の検出に関しては完全にキット化されており、読み取りも自動的に装置が行うので、操作は非常に簡単です。

しかし、検査として成立するためにはそれなりのトレーニングが必要であることは、先のブログ記事「COVID-19感染の検査体制を補う大学の力」でも述べたとおりです。ツイッター上でも、PCR技術の簡便性というイメージからくる、「なぜトレーニングが必要だ?」という誤解も散見されますが、このプロセスなしには本物の検査に入ることはできません。

たとえば民間会社で技術者のトレーニングを行う場合、各社によってその方法は異なると思いますが、基本的には安全性、安定性、正確性、迅速性、そして信頼性を達成できるプログラムに乗っ取って行われていると思います。このレーニングの充実と反復が、失敗を回避し信頼度を高めるための重要なプロセスになります。

私が以前民間会社でPCR検査を行なっていた頃は、安全衛生管理と守秘義務研修(ここが一番大事)に始まり、使用機器の操作、使用試薬・キット・器具の取り扱い技術、トラブルシューティングなどの習得があり、実際の最大キャパシティーを想定した負荷作業のシミュレーション、そして結果報告書の作成とデータ管理の研修があり、各々の工程にチェックポイントが設けてありました。ここまでがPCR検査のセットです。

加えて、現行のSARS-CoV-2の検査は、感染の可能性がある新型ウイルスの検体を取り扱うというところに特徴があります。バイオセーフティBSL2+相当の安全キャビネット設置の環境が必要になりますので、検体廃棄までのプロセスをも含めて、感染防止のための安全性の確保はとくに重要になる点です。

そして、検体中にウイルスが非常に少ない検出感度ギリギリの場合は、陰性か陽性かの判定がむずかしい場合があります。ルーチンワークは一般の検査員が行うにしても、そのような結果判定においては、経験値の高い熟練技術者(検査技師)が必要です。

今のrRT-PCRのキットの場合、遺伝子の増幅を行う回数(サイクル数と言います)が40サイクルになっています。いくつかのキットのマニュアルでは、37サイクル前に増幅曲線が立ち上がりがある場合には、陽性と判定し、37サイクル以降の場合のシグナル検出の場合はやり直しを奨めているようです。

 PCR実験とPCR検査は、目的と意義が違います。両者は操作においては同じですが、たとえるなら、ミュージシャンが自分のバンドで自分の解釈で自由に演奏をする場合が実験、NHKのど自慢のように、歌い手の要求する曲を初見で演奏するようなスタジオミュージシャンの場合が検査と言えるでしょうか。

実験はその条件も解釈等も自由に変えられるわけですが、検査は、結果がどうなろうと決められたマニュアルどおりに実施しなければならず、かつ黒か白か判定しなければなりません。実験は失敗してもやり直しが効きますが(むしろその過程で学習し再発見もする)、検査は失敗ができず、実験に付きものの考察も原則不要です。規則どおり、マニュアルどおりに実施するというのはきわめて重要で、失敗やトラブルを生じた時の責任の所在を明確にする上での一つの判断基準になります。

したがって、同じPCRを手がけていても、研究のプロと検査のプロは仕事の考え方が違います。試薬・装置を開発し、検査のプロトコールを作るのは研究のプロの仕事ですが、その後は検査のプロの仕事になります。研究と検査では、頭の切り替えが必要になります。

私は大学を定年退職する直前の週までの30年近く(最初は民間でしたが)、毎日のように自らの手でPCR実験を行なっていました。それは研究という好奇心があってこそなせる技です。PCR検査をやれと言われたら、たとえ行なったとしても検査のプロにはとてもかなわない非効率的なものになるでしょう。

とはいえ今は非常時です。結論を言えば、検査人員が足りないというなら、PCR実験の経験と集中力がある医学系大学院生などを対象に短期間のトレーニングを行い、検査の前線に送り込むということもできるはずです。その指導的立場にある大学の教員や研究者も、もとよりPCRのプロです。すぐにこの体制に参画できます。この先くるかもしれない第2波、第3波の流行への対策としても、検査員確保の体制は整えておくべきでしょう。

3. 保険適用のPCR検査キット

PCR検査が進まないというの声の中で、試薬・キットの不足も指摘されています。よく世間に誤解されていると思われるのは、キットがあればすぐにPCR検査ができるのではないかということです。決してすぐに実施できるというものでもありません。なぜなら、キットの内容はメーカーごとに異なり、操作の基本は同じですが、検査フローが変わるので、それをあらたに習得しなければならないからです。またPCR装置が変われば、当然操作や取り扱いに関わる習得時間が必要になります。

COVID-19感染のPCR検査は、3月6日に保険適用がなされるようになって、多数のメーカーのSARS-CoV-2検査用のキットが使えるようになっています。昨日(5月1日)、厚生労働省保険適用が可能なメーカーの検査キットとその試験結果を発表しました[4]。それらを表1に掲げます。これらのキットは、試験した検体の範囲においてほとんど100%の確率で陽性と陰性を区別できると判定されました。

特筆すべきは、現行のrRT-PCR以外の遺伝子増幅技法が登場している点であり、SmartAmp法LAMP法のキットがそれにあたります。いずれも日本発のオリジナル技法です。両者ともPCRのような温度変化を伴うサイクル反応ではなく、等温反応であり、所要時間が短くて済む(1時間以内)というメリットがあります。LAMP法はすでに長崎県内の医療機関で取り入れられたり、行政検査としても採用されていることは、先のブログ記事「COVID-19感染の検査体制を補う大学の力」で述べたとおりです。

表1. 厚生労働省から発表されたSARS-CoV-2検出用の保険適用検査キット [5](すべてrRT-PCRか類似の遺伝子増幅技術を採用しているが、詳細不明のものは「方法の特徴」は空欄にしてある)

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表1には、Probe RT-PCRTaqMan PCR)を採用したキットが多くあります。この方法では、増幅すべき標的遺伝子領域に3つのオリゴヌクレオチドのプライマーとプローブを結合(アニール)させて認識するので、非常に特異性が高いです。

PCR機器の一つとして、テレビの検査風景の紹介でもよく出てくるサーモフィッシャーサイエンティフィック(Thermo Fisher Scientific、米国の大手バイオメーカー)の装置を、図1に示します。サーモフィッシャーからは、図1の装置に最適化された特異性の高いTaqMan PCRキットが市販されていますが、厚労省の発表リストの中にはありませんでした。

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図1. サーモフィッシャーサイエンティフィック製のリアルタイムPCR装置の一つ

上記したように、国産メーカーも含めたいくつかの検査キットが出されていますので、これらをうまく使えば、試薬・キット不足というのも少しは解消されるのではないでしょうか。

しかしながら、国産の迅速検査法であるSmartAmp法もLAMP法もずいぶん以前に開発された技法です。2009年のインフルエンザパンデミック終息後の厚労省の報告では、検査体制の向上が提言されていたことを考えると、もっと以前から実用上の検査キットとして準備できたはずだと悔やまれます。遅くとも昨年秋の中国湖北省武漢でのCOVID-19発生の段階から、国が音頭をとって検査キットの拡充を進められたのではないかと思います。全自動PCR検査機にしてもしかりです(→ブログ記事「PCR検査をめぐる混乱」、「COVID-19感染の検査体制を補う大学の力」。

4. ウェブ記事をみて

一昨日、西村秀一氏(国立病院機構仙台医療センター臨床研究部ウイルスセンター・臨床検査科)が、日経メディカルに寄稿したウェブ記事 [5] を目にしました。これは「検査を増やせ」という世間の声に対して、検査を行っている現場当事者の立場から見解を述べたものです。

このウェブ記事では、PCR検査の技術的な部分も含めた問題が提起されています。これらを要約すると以下の4点になります。

1.検査の精度 偽陰性偽陽性 
2.検査結果の意義、解釈
3.検査に必要な人員の不足
4.検査キットとくにRNA抽出キットの枯渇の可能性…第2波が来た時無防備で良いか

結論から言えば、これらはすべて日本だけではなく、世界共通の問題なので、日本固有に起きている検査不足という面からは本質的ではありません。とくにPCRの精度とか解釈などの技法に関する技術的なことは、上でも述べたようにそれほど問題にならず、あるとすれば日本のシステム自体に起因することでしょう。

そして「やみくもな検査は意味がない」、「PCR検査をやって陰性だから安心だということにはならない」という言述は、問題・論点のすり替えのように思います。何よりも、いま感染者の確定診断としてPCR検査が使われていることから考えると、上記のようなことを語るのはほとんど無意味であり、詭弁です。

ここで偽陽性について説明しておきますが、PCR(実際行われているのはrRT-PCR)では標的となるウイルスの遺伝子があればそれを検出しますので、その遺伝子が検体中にないのに「ある」とすることはないということです。そういう技法そのものの精度に関わる事象について偽陽性と言っているわけではありません。人為的なミスやその他の理由によって検体中にウイルスの遺伝子が混入し、それを拾った場合に、臨床診断上「偽陽性」となる可能性があるということです。

つまり、これは上述したように、愛知県や神奈川県で起こったような他検体の汚染が原因の誤陽性判定のことを言います。逆を言えば、PCRはわずかな汚染も検出してしまうような非常に高い精度の技法であるという証明にもなるのです。そして分析上と臨床検査の基準で言う偽陽性とは異なることに注意しなければなりません。

西村氏の記事には、最後の部分に、4月24日付けで厚生労働省から自治体に向けて出した「新型ウイルス感染症に係るPCR検査試薬等の十分な確保について」という文書についての批判が述べてありました。これを要約すると、「各検査機関ごとに適切にPCRキットを購入する」、「さまざまなキットごとのマニュアルを作って体制整備を図れ」という厚労省のメッセージに対して、キット不足対策が現場に丸投げされているというわけです。

厚労省の現場任せというのは、PCR検査の保険適用の際にも、ドライブスルー方式の採用でも見られた姿勢です。

さらに、西村氏は「日本は、少なく抑えていたポリシーを持っていたのだから、それを変えさせるためには理屈で戦うべきであろう」と続けていますが、国の方針の間違いは当初から多くの人が気づいていました。一部の専門家やメディアは一貫して国の姿勢を批判し、方針変更を提言してきましたが、多くの科学者や専門家は黙認するか国の方針をむしろ支持していた記憶があります。

検査不足の問題を「少なく抑えていたポリシーを持っていた」と脇道に誘導し、論点をすり替え、その上で「理屈で戦うべきであろう」というのは詭弁です。今に至っては検査不足の問題が顕著化し、厚労省もさすがに方針転換せざるを得なくなっていますが、現場任せの姿勢は相変わらずです。

いま流行は減衰に向かっていますが、今後再燃すれば検査が大幅に増えることになるでしょう。そして西村氏がいう「少なく抑えていたポリシーを持っていた」というのが誤りであることがわかると思います。

5. 日本臨床検査医学会の提言

4月13日、日本臨床検査医学会は「SARS-CoV-2(新型コロナウイルス)核酸検出検査の体制の課題」という文書を発表しました [6]。そこには、検査側の立場から図2のような提言がなされています。

新しい検査試薬・機器の導入にあたり、検査現場には相応の能力が必要であること(図2-注1)、検査の精度確保に関わる資質向上とともに感染リスク防止のための要員訓練が必要であること(図2-注2)、良質な診療と院内感染防止のために医療機関自身が検査の体制を備えること(図2-注3)などが、課題として提示されています。

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図2. 日本臨床検査医学会によるSARS-CoV-2(新型コロナウイルス)核酸検出検査の体制の課題のまとめ.

要約すれば、PCR検査自体は簡単な技法ですが、日本の検査不足という現状に照らし合わせれば、各検査機関や大学病院などにおいて、それ相応の資質を備えた人員確保と、さまざまな試薬キット・機器に対応した検査体制づくりが必要ということでしょう。

おわりに

PCR検査が進まない原因として挙げられている人員、試薬キット、検査場の不足などの物理的要因は、1月に国内初の感染事例が出た時からわかっている、あるいは想定できたことです。

一方で政府専門家会議は、2月25日の時点で検査の方針として考えられたオプションは「限られた検査体制の中で流行を抑えること」と、敢えて検査の限定適用という方針に拘泥して対応してきました(→ブログ記事:感染症学会のシンポジウムを視聴して思ったこと)。そこには、厚労省共々、検査体制を拡充するという発想はなく、ここに根本原因があったとするのが妥当です(→ブログ記事:あらためて日本のPCR検査方針への疑問)。

医療資源としての確保あるいは出し惜しみのために、「検査を拡大すれば医療崩壊を招く」という奇妙な理屈が、まことしやかに医療専門家の間でも語られてきました。もしそうであるなら、そしてこの理屈の結果、未検査の中であるいは手遅れで重症者や死亡者を出すようなら、もうすでにその時点で医療崩壊は始まっているようなものです。

この2ヶ月間、安倍総理大臣は「医者が必要と認めればPCR検査を実施できるようにする」、「1日当たり2万件を達成」とおうむ返しのように言っていますが、一向に状況は変わりません。他方、厚生労働大臣が「2万件検査するとは言ってない」と言う始末で、政権は実のところ何もしていません。

そして、厚生労働省の相変わらずの硬直した対応と現場任せの姿勢があります。検査不足に関する問題点はわかっているのですが、政権と国の姿勢によって一向に解決に繋がらないという状況になっています。つまるところ、検査拡充に都合の悪い厚労省と国立感染研究所周辺の抵抗集団がいて、それに対する政権の指導力のなさということになるでしょうか。

すべて、地方自治体、民間、医師会、医療機関などが先行して、必死に問題解決に当たっていると言えます。

引用文献・記事

[1] 小林圭、荻野好弘、木村俊介: 検体の抽出時に混入か 愛知PCR検査、24人誤判定で. 朝日DIGITAL. 2020.04.14. https://digital.asahi.com/articles/ASN4F6JK4N4FOIPE00W.html

[2] 堤恭太: 陽性者と陰性者を取り違え 同じ日検査の2人に 埼玉. 朝日新聞DIGITAL. 2020.04.30. https://digital.asahi.com/articles/ASN4Z61NPN4ZUTNB022.html

[3] 吉野慶祐: PCR検査、38件誤って「陽性」 横浜の民間検査会社. 2020.05.01. https://digital.asahi.com/articles/ASN514CR6N51ULOB008.html

[4] 厚生労働省健康局結核感染症課・国立感染症研究所: 臨床検体を用いた評価結果が取得された2019-nCoV 遺伝子検査方法について. 2020.05.01. https://www.niid.go.jp/niid/images/lab-manual/2019-nCoV-17-20200318.pdf

[5] 西村秀一: PCR論争に寄せて─PCR検査を行っている立場から検査の飛躍的増大を求める声に. 日経メディカル. 2020.04.30. https://medical.nikkeibp.co.jp/leaf/all/report/t344/202004/565349.html?n_cid=nbpnmo_twbn

[6] 日本臨床検査医学会: SARS-CoV-2(新型コロナウイルス)核酸検出検査の体制の課題対応について. 2020年4月13日. https://www.jslm.org/committees/COVID-19/20200413-1.pdf

引用ブログ記事

4月27日 COVID-19感染の検査体制を補う大学の力

4月19日 感染症学会のシンポジウムを視聴して思ったこと

4月6日 あらためて日本のPCR検査方針への疑問

3月24日 PCR検査をめぐる混乱

                  

カテゴリー:感染症とCOVID-19

カテゴリー:社会・時事問題