Gesundheit-IIと呼ばれる呼気採取装置を用いた研究により、微細な呼吸器エアロゾルがSARS-CoV-2の伝播において重要な役割を果たしている可能性があることが示されています。
SARS-CoV-2の粒子は、会話や歌唱などの活動によってエアロゾル化されることがあります。
つまり、特に屋内において、換気の増強や社会的距離の確保などの方法により、微細粒子のエアロゾルへの曝露を最小限に抑える必要があります。
研究者らは、新型COVID-19変異株のエアロゾル中のウイルス量が以前の株より多いかどうかを明らかにするため、同じ手法を用いる予定です。
微細な呼吸器エアロゾルは、SARS-CoV-2の伝播において重要な役割を果たしている可能性があると研究者らは報告しています。
今回の新たな研究結果は、会話や歌唱の際に感染者からSARS-CoV-2の粒子がエアロゾル化されうることを示しています。また研究者らは、これら2種類の活動から発生する微細エアロゾル（5マイクロメートル未満、すなわち μm）には、粗いエアロゾル（5 μmを超えるもの）よりも多くのウイルス粒子が含まれていることも明らかにしました。
本研究の結果は、特に空気感染によるSARS-CoV-2の伝播が最も起こりやすい屋内環境において、微細粒子のエアロゾルへの曝露を軽減する必要があることを示しています。微細な呼吸器エアロゾルへの曝露は、次のような介入によって減らすことが可能です。 ユニバーサルマスキング、物理的距離の確保、部屋の換気の増強、より効率的なろ過、そして適切に適用される空気清浄技術。
「これまでの研究では、同様の活動によって生じるエアロゾルの相対量（すなわち粒子の量）は明らかにされてきましたが、生成されたSARS-CoV-2ウイルス粒子の量は測定されていませんでした」と、NUS School of Design and Environment（デザイン環境学部）建築環境学科の准教授であり、プロジェクトリーダーのTham Kwok Wai氏は述べています。
「私たちの知る限り、これは呼吸、会話、歌唱によって生じるエアロゾル中のSARS-CoV-2粒子を定量化し比較した初めての研究です。そのため、私たちのチームの研究は、感染リスクの推定という感染伝播に関する基盤を提供するものです。」
Gesundheit-IIでの歌唱。
本研究は学術誌 Clinical Infectious Diseasesに掲載されました。2021年2月から4月にかけて、国立感染症センター（NCID）に入院したCOVID-19陽性患者22名が対象となりました。NCIDは研究対象となる患者の選定と募集を行い、全ゲノム解析によって感染したウイルス株を特定しました。
参加者は同じ日に3つの異なる呼気関連の活動を行いました。これらの活動は、30分間の呼吸、児童書の一節を音読する形式による15分間の会話、そして異なる歌を15分間歌唱する活動で構成され、各活動の間には休憩が設けられました。
参加者は、Gesundheit-IIとして知られる特別に設計された呼気採取装置を用いて、これら3つの活動を行いました。この装置は、メリーランド大学のDonald Milton教授によって本研究のために提供されました。同教授は本論文の共著者であり、本プロジェクトの共同研究者でもあります。研究では、参加者は頭部を装置の円錐形の吸気口に置くことが求められました。この円錐部は換気フードの役割を果たし、参加者の頭部の周囲から空気が継続的に吸引されることで、接続されたサンプラーへの呼気粒子の採取を可能にしていました。
エアロゾルは、粗い粒子（5 μmを超えるもの）と細かい粒子（5 μm以下）の2つのサイズ区分で採取されました。サンプルのウイルス量は、逆転写定量ポリメラーゼ連鎖反応として知られる方法を用いて定量されました。
「私たちは、発症初期のCOVID-19患者が、呼吸器エアロゾル中に検出可能なレベルのSARS-CoV-2 RNAを排出する可能性が高いことを確認しました。しかしながら、患者間でのウイルス排出量のばらつきは大きいものでした。意外にも、歌唱よりも会話によってより多くのウイルスを放出した患者もいました」と、デューク・NUS医学部のプロジェクト共同リーダーKristen Coleman氏は述べています。
「これまで、SARS-CoV-2がどのように伝播しうるかを直接示すことは困難でした」と、国立感染症センターのNCID研究部門長であるMark Chen氏は付け加えています。
「レジデントのドクターの一人であるSean Ong医師の調整努力、そして看護チームと患者の皆様のご協力により、関係者の安全を確保しつつ、会話や歌唱といった重要な高リスク活動を研究することができました。最終的な成果として、呼吸による飛沫に加え、呼気や発声活動によって放出されるウイルス粒子が、SARS-CoV-2を伝播させる重要な仕組みである可能性が高いことを直接的な測定によって示すことができました。」
呼吸器の微細エアロゾルとデルタ株
研究チームは、空気感染によるSARS-CoV-2の伝播リスクを低減するために、複数の層からなる管理対策のアプローチを推奨しています。
「細胞培養で感染性ウイルスを増殖させる試みは成功しませんでしたが、本研究は感染予防活動の指針となる重要な基礎データを提供できると考えています」と、本論文の共著者であるNUS Yong Loo Lin School of Medicine（ヨンルーリン医学部）のPaul Tambyah教授は説明しています。
「歌唱を伴う状況では、歌手同士の安全な距離の確保や、合唱団から聴衆への気流を遮断・ろ過すること（エアカーテンの設置など）が重要な検討事項です。会話を伴う状況では、座席や家具の配置、距離の確保、そしてデスクファンを含むファンなどによる空気の流れの変更を通じて、気流パターンを把握し曝露を最小限に抑えることが、SARS-CoV-2の伝播リスクを下げるための現実的な選択肢となります」と、Tham氏は述べています。
フォーラムは、COVID-19へのグローバルな対応をどのように進めてきたでしょうか？
研究者らは、新たな変異株、特にデルタ株に関連するエアロゾル中のウイルス量が、以前の株より多いかどうかを明らかにするため、同じ方法を用いる予定です。
本研究には、NUS Yong Loo Lin School of Medicineの微生物学・免疫学、耳鼻咽喉科学、内科学の各部門、Tan Tock Seng Hospital、National University Health System、そしてAgency for Science, Technology, and Research（A*STAR）傘下のInstitute of Molecular and Cell Biologyからの共同研究者も参加しました。資金は、シンガポール国立医学研究評議会およびNUSから提供されました。
