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Pruebas de agrupación ("pooling", "pooling"): ¿por qué y con qué propósito?

Texto actualizado en 2020-10-07


El pooling o agrupamiento es el uso de una única prueba de diagnóstico para analizar una mezcla de muestras de diferentes individuos. La agrupación acelera la detección masiva, reduce los costes y previene las epidemias en las comunidades.

Inventado en 1943 por un estadístico estadounidense, Robert Dorfman, el principio de la prueba de grupo es simple: en lugar de probar 100 muestras, éstas se pueden agruparl en diez grupos (pools) de diez y probar cada grupo. Si uno de los grupos es positivo, entonces al menos una de las muestras contiene el agente infeccioso. Por el contrario, si el pool es negativo, entonces se puede concluir que cada espécimen del pool debe ser también negativo (si no hay falsos negativos, es decir, un resultado negativo cuando un individuo es portador del virus).

Agrupando las pruebas, ¿por qué y para qué?

El método ahorra reactivos de diagnóstico que son caros y que probablemente estén bajo tensión de aprovisionamiento. Vea la pregunta ¿Qué prueba usar para saber si estoy infectado con SARS-CoV-2?

La estrategia de los análisis combinados se empleó en el contexto de la epidemia de COVID-19 ya en febrero de 2020 en Estados Unidos. Realizada en varios lugares de la zona de la bahía de San Francisco, el objetivo era estimar la prevalencia viral, es decir, la fracción de la población infectada por el coronavirus SARS-CoV-2.

En Estados Unidos, el Centro de Control de Enfermedades (CDC) ahora distingue 3 tipos de uso de la técnica de pooling, dependiendo de si es :

1) para el diagnóstico individual,

2) para la detección masiva,

3) para la vigilancia de epidemias

Discutimos estos 3 usos a continuación.

1) Uso en el diagnóstico individual

El resultado de una prueba conjunta es para todos los individuos del grupo. Para identificar a la(s) persona(s) infectada(s), un primer método consiste en analizar cada una de las muestras de los grupos identificados como positivos individualmente.

Sin embargo, este método, conocido como el método Dorfman, no es el más eficaz, ya que requiere un nuevo ciclo de diagnóstico. Este paso adicional aumenta significativamente el tiempo de espera individual.

Otros métodos permiten combinar inteligentemente las muestras en varios grupos para obtener un diagnóstico individual. Se han aplicado en el contexto de la epidemia de COVID-19, por ejemplo, los métodos de agrupación de matrices, hipercubo o P-Best. Todas estas técnicas son más eficaces cuando la proporción de personas infectadas es baja. Para el método Dorfman, el tamaño óptimo del grupo es mayor de 5 cuando menos del 5% de los individuos están contagiados.

El pooling es una técnica que puede causar falsos negativos debido a la dilución de la concentración viral de la muestra de un individuo infectado en el pool de muestras de individuos no infectados.

2) Uso para la detección masiva

El pool testing permite, con un coste económico constante, realizar pruebas a un mayor número de personas y abren la posibilidad de llevar a cabo análisis regulares en comunidades de riesgo (típicamente residencia de ancianos o centros de producción de alimentos).

Se han realizado pruebas conjuntas de entre 5 y 30 muestras en hospitales y residencias de ancianos de Alemania con fines de prevención de epidemias, con lo que el número de personas sometidas a pruebas en esos centros asciende a 22.000 en el período comprendido entre el 13 de marzo y el 29 de abril. Vea la pregunta ¿Cuáles son los riesgos de los falsos negativos en las pruebas agrupadas?

3) Utilización con fines de vigilancia y prevención de epidemias

Puede ser interesante obtener el resultado de un grupo sin tratar de rastrear al individuo contaminado en el grupo de prueba. Un resultado positivo de la reserva podría utilizarse para activar un procedimiento de alerta y un refuerzo de los procedimientos de seguridad.

Los modelos matemáticos muestran cómo las pruebas agrupadas y repetidas a lo largo del tiempo permiten la detección más temprana de los casos presintomáticos o asintomáticos antes de la propagación de la epidemia. Este tipo de uso de las pruebas de pooling con fines de vigilancia es similar al de las aguas residuales.

La Organización Mundial de la Salud aconseja que no se haga un pool para el diagnóstico clínico de individuos sintomáticos o para el seguimiento de casos de contacto, pero el CDC de Estados Unidos considera que el pool es interesante para la detección masiva. La Food and Drug Administration (FDA) también ha aprobado el uso de pruebas virológicas combinadas para un máximo de 4 muestras.

Para ser mejor aceptados, las muestras utilizadas podrían ser tomadas de muestras de saliva. Véase la pregunta ¿Qué muestra se debe analizar para detectar la presencia del coronavirus: nasofaríngea o bucal?

A fin de no sobrecargar los laboratorios médicos, el CDC de los Estados Unidos permite que otras instalaciones (como los laboratorios de investigación que normalmente no tienen licencia para el diagnóstico clínico) realicen estas pruebas en grupo, siempre que los resultados no se compartan con los individuos.


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Fuentes

Artículo histórico con el tamaño óptimo en el caso de una prueba perfecta (sin aumentar el riesgo de falsos negativos con el tamaño del pool).

Dorfman, R. (1943). The detection of defective members of large populations. The Annals of Mathematical Statistics, 14(4), 436-440.

El método de C. Gollier y O. Gossner, publicado al principio de confinamiento, consiste en utilizar pruebas conjuntas para permitir un desconfinamiento más seguro y permitir que los trabajadores regresen a sus lugares de trabajo.

Gollier, C., & Gossner, O. (2020). Group testing against Covid-19. Covid Economics, 2.

El primer uso hasta la fecha de pruebas agrupadas sobre 2.888 muestras nasofaríngeas analizadas en grupos de 10. Los 3 positivos detectados se detectaron a finales de febrero de 2020, lo que permite datar la aparición de la infección viral en el estado de California.

Hogan, C. A., Sahoo, M. K., & Pinsky, B. A. (2020). Sample pooling as a strategy to detect community transmission of SARS-CoV-2. Jama, 323(19), 1967-1969.

Recomendaciones del Center of Disease Control and Prevention de los Estados Unidos de América, en las que se formaliza la distinción entre el diagnóstico, la detección y la vigilancia.

Interim Guidance for Use of Pooling Procedures in SARS-CoV-2 Diagnostic, Screening, and Surveillance Testing, Center for Disease Control and Prevention. 1st August 2020.

Aplicación del método Dorfman en grupos de 8; 26.576 muestras de individuos asintomáticos, 31 (0,12%) muestras fueron detectadas positivas para el SARS-CoV-2. Esto corresponde a un aumento de 7,3 veces en el número de pruebas.

Ben-Ami, R., Klochendler, A., Seidel, M., Sido, T., Gurel-Gurevich, O., Yassour, M., ... & Gertler, A. (2020). Large-scale implementation of pooled RNA extraction and RT-PCR for SARS-CoV-2 detection. Clinical Microbiology and Infection, 26(9), 1248-1253.

Aplicación y discusión teórica de un método de hipercubo.

Mutesa, L., Ndishimye, P., Butera, Y., Uwineza, A., Rutayisire, R., Musoni, E., ... & Musanabaganwa, C. (2020). A strategy for finding people infected with SARS-CoV-2: optimizing pooled testing at low prevalence. arXiv preprint arXiv:2004.14934.

Aplicación práctica de un método combinado de pooling (P-Best) para examinar a 1115 miembros del personal médico utilizando sólo 144 pruebas.

Shental, N., Levy, S., Wuvshet, V., Skorniakov, S., Shalem, B., Ottolenghi, A., ... & Goldhirsh, M. (2020). Efficient high-throughput SARS-CoV-2 testing to detect asymptomatic carriers. Science Advances, 6(37), eabc5961.

Pruebas agrupadas (tamaño 5 a 20) en muestras de saliva por el equipo de la Universidad de Yale que también está detrás de la prueba SalivaDirect.

Watkins, A. E., Fenichel, E. P., Weinberger, D. M., Vogels, C. B., Brackney, D. E., Casanovas-Massana, A., ... & Cruz, C. S. D. (2020). Pooling saliva to increase SARS-CoV-2 testing capacity. medRxiv.

Un estudio en el que se realizó un examen masivo de detección de SARS-CoV-2 entre dos cohortes de personas asintomáticas en Japón, uno de casos de contacto (161 personas) y el otro de personas en cuarentena en los aeropuertos (1.763 personas). El estudio indica una sensibilidad general de las pruebas de RT-PCR con hisopos nasofaríngeos (NP) del 86% frente al 92% con muestras de saliva. La especificidad de ambas muestras fue superior al 99,9%.

Yokota, I., Shane, P. Y., Okada, K., Unoki, Y., Yang, Y., Inao, T., ... & Nishida, M. (2020). Mass screening of asymptomatic persons for SARS-CoV-2 using saliva.

Pruebas agrupadas (tamaño 5 a 30) en Alemania, en el Land de Sarre, con fines de prevención de epidemias.

Lohse, S., Pfuhl, T., Berkó-Göttel, B., Rissland, J., Geißler, T., Gärtner, B., ... & Smola, S. (2020). Pooling of samples for testing for SARS-CoV-2 in asymptomatic people. The Lancet Infectious Diseases.

Artículo sobre la modelización del riesgo de falsos negativos en las pruebas de pool y su aplicación a la vigilancia epidemiológica de una comunidad cerrada.

Brault, V., Mallein, B., & Rupprecht, J. F. (2020). Group testing as a strategy for the epidemiologic monitoring of COVID-19. arXiv preprint arXiv:2005.06776.

Recomendación de la Organización Mundial de la Salud.

World Health Organization. (2020). Diagnostic testing for SARS-CoV-2: interim guidance, 11 September 2020 (No. WHO/2019-nCoV/laboratory/2020.6). World Health Organization.

Modelización de la evolución de la carga viral y su efecto en el tiempo de detección del virus mediante una estrategia de pruebas de grupo. Si el virus permanece detectable durante un promedio de 14 días en una prueba RT-qPCR individual, es detectable durante 11,2 días en una prueba RT-qPCR combinada de 25 muestras, es decir, una reducción de alrededor del 20% en el período de detectabilidad, de la cual el 10% es en la parte final de la infección.

Pilcher, C. D., Westreich, D., & Hudgens, M. G. (2020). Group testing for severe acute respiratory syndrome–coronavirus 2 to enable rapid scale-up of testing and real-time surveillance of incidence. The Journal of Infectious Diseases, 222(6), 903-909.

Para profundizar

¿Cuánto tiempo es infeccioso el coronavirus?

¿Cuáles son los diferentes tipos de pruebas serológicas?