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Détection du SARS-CoV-2 et sécurité du personnel de santé
Nous nous sommes concentrés sur la détection en temps réel du SARS-CoV-2 en suspension dans l'air et avons développé un nouveau prototype d'échantillonneur d'air ainsi qu'une plate-forme de biodétection optique pour surveiller les concentrations de virus en suspension dans l'air dans les établissements de soins de santé et les espaces publics.
Contexte
La surveillance des virus en suspension dans l'air reste cruciale dans des environnements tels que les hôpitaux et les espaces publics. De nouveaux systèmes de biodétection en temps réel des agents pathogènes, adaptés à la surveillance sur place, sont utiles pour garantir la sécurité dans les établissements de soins de santé. Ces systèmes permettent de détecter les épidémies et les endroits où la qualité de l'air est problématique. La mesure du SARS-CoV-2 en suspension dans l'air permet de comprendre la transmission du virus par voie aérienne et d'évaluer les risques d'infection.
Objectifs
L'objectif était de mettre au point un outil pour la surveillance en temps réel du SARS-CoV-2 en suspension dans l'air. Le système d'échantillonnage des aérosols viraux et le biocapteur photothermique devraient permettre une détection rapide sur place et être appliqués dans un scénario réel. Le système devrait être utile pour recueillir des données épidémiologiques et contribuer à l'élaboration de mesures de sécurité, tels que l'obligation de porter des masques.
Résultats
Nous avons validé avec succès une plate-forme de biodétection pour la détection du SARS-CoV-2 en suspension dans l'air en utilisant des séquences synthétiques et des échantillons cliniques, y compris l'ARN standard SARS-CoV-2 de l'OMS pour la validation. Le système a ensuite été utilisé en milieu hospitalier comme preuve de concept. Les résultats ont montré des concentrations variables du virus dans différentes zones d'un hôpital, ce qui indique que des facteurs tels que l'utilisation de masques, la ventilation et l'excrétion individuelle du virus influent sur les niveaux de virus en suspension dans l'air. Nous avons également détecté la présence du virus dans les couloirs de l'hôpital, même lorsque les portes des chambres d'isolement étaient fermées.
En outre, nous avons commencé à collecter des échantillons quotidiens dans des endroits clés afin de surveiller la concentration de virus au fil du temps. Ces résultats ont été partagés via un code QR pour un suivi en temps réel. Dans une maison de retraite, l'augmentation des niveaux de virus a été corrélée avec le fait que des membres du personnel ont été testés positifs au Covid-19 par la suite. Cela montre que le système peut détecter des conditions atmosphériques problématiques.
Un suivi à long terme a été effectué au printemps 2023 dans une cafétéria d'hôpital, où les données collectées reflétaient la situation épidémiologique, ce qui montre que le système peut être utilisé pour surveiller les vagues d'infection. Nous avons également cherché à quantifier les risques d'infection dans les zones mesurées en fonction du temps d'exposition, de l'utilisation des EPI et des niveaux d'activité. Il a été démontré que même dans les scénarios à faible risque, il existe un risque d'infection sans masque.
En complément, nous avons mené des expériences contrôlées en laboratoire avec un coronavirus de substitution (HCoV-229E). Cela nous a permis d'obtenir des données précieuses à des fins de comparaison.
Nous avons amélioré notre dispositif d'échantillonnage de l'air en ajoutant des capteurs supplémentaires pour surveiller les paramètres de qualité de l'air, tels que le CO2, l'humidité et les particules en suspension dans l'air.
Nous avons également étudié différents jeux d'amorces pour les tests PCR SARS-CoV-2, recommandant des jeux spécifiques pour une identification économique et fiable du SARS-CoV-2. Enfin, une étude de masque clinique n'a révélé aucun cas positif, probablement en raison des faibles taux d'infection au cours de la période étudiée. Les discussions de groupe ont mis en évidence des défis tels que les difficultés de communication et la pression mentale due aux incertitudes de la pandémie.
L'étude a validé avec succès la plate-forme de biodétection pour la détection du SARS-CoV-2. Elle a mis en évidence des concentrations variables de virus dans différentes zones des établissements de santé. Notamment, même les scénarios à faible risque présentaient des risques d'infection sans masque.
Contribution spécifique pour lutter contre la pandémie actuelle
Nous avons appliqué un nouvel outil de surveillance du SARS-CoV-2 en temps réel. Il permet d'alerter rapidement sur les problèmes de qualité de l'air et sur les lieux probables de transmission. Les données peuvent informer les décideurs sur la nécessité et l'efficacité des mesures de sécurité. Les données recueillies sont en corrélation avec la situation épidémiologique. L'application de cet outil dans les établissements de santé permet d'améliorer la sécurité du personnel et des patients et d'accroître notre compréhension de base de la transmission des virus par voie aérienne.
Titre original
Développement d’un système de bio-détection en temps réel du SARS-CoV-2 pour améliorer la sécurité du personnel de santé pendant la pandémie de Covid-19.
Scientific Abstract
Recent results demonstrated an increased risk of COVID-19 infection among healthcare workers (HCW), particularly when access to personal protective equipment (PPE) was inadequate. During the COVID-19 pandemic, access to PPE has become complicated by a surge in worldwide demand combined with production limitations and logistical barriers. Since their introduction in hospitals in the 1990s, filtering facepiece (FFP) masks, mostly of the FFP2 type, are used by HCWs to protect themselves against bioaerosols due to tuberculosis, measles and selected respiratory viruses. The COVID-19 pandemic due to the novel SARS-CoV-2 has sparked debate around judicious and safe use of face masks for the protection of HCWs who provide direct care for COVID-19 patients. At the heart of the discussion is the question whether SARS-CoV-2 is transmitted by droplets or aerosols, or by both. While the former are large (>5µm) and fall rapidly to the ground, the latter are small (<5µm) and can stay in the air and travel much farther than the 1-2 metres normally considered a safe distance to infected patients. Today, we have little information on physical spread and infectious dose of SARS-CoV-2, and the discussion about the choice of face masks is based on indirect data. The starting hypothesis of this project is that decision-making regarding mask-wearing for HCW in the current situation of inadequate mask supply, coupled with uncertainty regarding airborne COVID-19 transmission, can be improved if direct detection of SARS-CoV-2 in aerosols can be implemented in clinical situations where aerosolisation is expected. This would be achieved by installing biosensors. Currently, the reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) technology is the most sensitive method for SARS-CoV-2 detection in respiratory secretions and it is routinely used to diagnose COVID-19. A reliable biosensing system that can detect SARS-CoV-2 rapidly, quantitatively and in real-time, supplementing RT-PCR technology would significantly help to understand SARS-CoV-2 transmission and inform recommendations for safe and practical use of PPE, and particularly face masks. In this project, we will validate a novel dual-functional, localized surface plasmon resonance (LSPR) biosensor to improve detection and on-line monitoring of SARS-CoV-2 in clinical settings. The two-dimensional gold nano-islands (AuNIs), functionalized with complementary DNA, can perform sensitive detection of selected sequences from SARS-CoV-2 through nucleic acid hybridization. For better sensing performance, the plasmonic photothermal effect, generated by the same AuNIs chip, and an additional laser irradiance can elevate the local temperature and facilitate the specific discrimination of two similar gene sequences. We aim to integrate a bioaerosol sampling system with a specific biosensor, to allow continuous real-time monitoring the shedding of SARS-CoV-2 virus in droplets or aerosols, aiming to rapidly and continuously collect airborne virus with a high collection efficiency and stable microbial recovery. The collected virus can be efficiently enriched in the sampling liquid and subsequently introduced into the integrated micro-system for virus lysis and nucleic acid extraction. This system is to be tested in clinical situations and with real COVID-19 patients with the aim to understand transmission of SARS-CoV-2 in patient surroundings. In parallel, a cluster-randomised, controlled, cross-over study will evaluate the benefits of wearing surgical masks vs. FFP2 masks during COVID-19 patient care (outside aerosol-generating procedures). To date, no study has combined virus detection technology with a cluster-randomised trial to address the question of appropriate face mask usage in COVID-19 care.