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pISSN 2950-9114 eISSN 2950-9122
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Lab Med Qual Assur 2021; 43(4): 199-207

Published online December 31, 2021

https://doi.org/10.15263/jlmqa.2021.43.4.199

Copyright © Korean Association of External Quality Assessment Service.

Clinical Evaluation of Five Commercial Serological SARS-CoV-2 Immunoassays for COVID-19

Wooyong Shin , Hae In Bang , Geun Young Yu , Mi-Young Kim , Eui Young Jang , Jung-Ah Kim , Jieun Kim , Rojin Park , Jeong Won Shin , and Tae Youn Choi

Department of Laboratory Medicine, Soonchunhyang University Seoul Hospital, Seoul, Korea

Correspondence to:Hae In Bang
Department of Laboratory Medicine, Soonchunhyang University Seoul Hospital, 59 Daesagwan-ro, Yongsan-gu, Seoul 04401, Korea
Tel +82-2-709-9430
E-mail genuine43@schmc.ac.kr

Received: July 23, 2021; Revised: August 27, 2021; Accepted: September 10, 2021

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Background: Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is a serious infectious disease caused by the highly contagious severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). In this study, three types of kits for the lateral flow assay (LFA) and two types of reagents used in the chemiluminescent immunoassay (CLIA) for serological testing of COVID-19 were evaluated and compared to investigate the current status of antibody testing.
Methods: From January 2020 to February 2021, 193 positive and 94 negative samples were tested. For these samples, WonMed COVID-19 immunoglobulin M (IgM)/immunoglobulin G (IgG) (Wonmed, Korea), careUS COVID-19 IgM/IgG (WELLS BIO, Korea), and STANDARD Q COVID-19 IgM/IgG Plus test (SD Biosensors, Korea) kits were used for the LFA, and Anti-SARS-CoV2 Elecsys nucleocapsid (N) and spike (S) (Roche, Switzerland) and ACCESS SARS-CoV-2 IgM and IgG (Beckman Coulter, USA) for the CLIA were compared and evaluated.
Results: All kits and reagents except Elecsys showed variable sensitivities of 46.1%–72.0% for IgM, and 85.0%–88.1% for IgG. Elecsys showed a sensitivity of 86.0% for the N antibody and 85.5% for the S antibody. All reagents showed higher sensitivity in samples 14 days after symptom onset than within 14 days (P =0.007). The specificity of LFA and CLIA was 97.9%–100.0%.
Conclusions: Most kits and reagents showed low clinical sensitivity at 7–14 days, that is before the antibody was sufficiently produced. When performing a serological test, IgM and IgG should be checked together to obtain sufficient clinical sensitivity, and the test timing should also be applied carefully.

Keywords: COVID-19, SARS-COV-2, COVID-19 serological testing, Immunoassay, Antibodies

Coronavirus disease 2019 (COVID-19)는 2019년에 시작하여 전 세계적으로 수천만 명 이상 빠른 전염이 되고 있는 severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)에 의한 심각한 감염병이다. COVID-19는 81%의 환자가 폐렴이 없거나 경증 폐렴의 증상을 보이며, 1%는 발열을 포함한 전형적인 증상이 없는 무증상 환자이기에 지역사회 및 가정 내 2차 감염이 빠르게 진행되고 있다[1]. 심각한 호흡곤란, 패혈성 쇼크 등의 증상을 보이는 경우는 5% 가량으로 알려져 있으며, 심각한 증상을 보이는 환자의 사망률은 62%에 이르기도 한다[1,2]. 높은 전파력과 사망률 때문에 COVID-19의 빠른 진단이 중요하며, 임상검사실에서 바이러스 DNA 검출을 위해 우선되는 방식은 real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR)이다[3]. SARS-CoV-2는 positive strand RNA를 가진 코로나바이러스로 5’ untranslated region (UTR), replicase complex (orf1ab, RdRp), S gene, E gene, M gene, N gene, 3’ UTR 등으로 구성되어 있다[4]. 이 중 국내에서는 orf1ab/RdRp gene과 E gene 또는 여기에 N gene을 추가한 RT-PCR이 주로 사용되며, 비인두 도말 검체에 대한 RT-PCR을 단독으로 진단에 사용할 경우 민감도는 73.3%–93.0%, 특이도는 98.8%–100.0%로 알려져 있다[3,5,6].

감염 후 약 1주가 지나면 바이러스에 대한 항체가 검출되기 시작하며, RT-PCR이 음성이면서 감염이 의심되는 증상을 보이는 환자에서 진단에 도움이 될 수 있다[7,8]. 항체검사는 immunoglobulin M (IgM), immunoglobulin G (IgG), immunoglobulin A (IgA) 혹은 total antibody를 감지하는 검사이다. 이는 분자검사에 보조적으로 사용하거나, 질병에 이환되지 않은 개인에서 이전의 감염 혹은 지역사회 노출을 확인하거나, 환자에서 항체반응을 확인하기 위해 사용될 수 있다[8]. 이들은 PCR 결과가 음전된 이후에도 감염에 대한 면역반응을 관찰할 수 있어 장기적인 관찰에 유용하다. 항체검사를 위한 다양한 키트가 시장에 공개되고 있으며, 민감도 및 특이도에 대한 평가가 이루어지고 있다. 이 중 임상검사실에서 널리 사용할 수 있는 항체검사는 주로 lateral flow assays (LFAs) 키트를 통한 항체 검출이며, 검사가 용이하고 빠르게 결과를 확인할 수 있는 것이 장점이다[9]. LFA 키트가 아닌, enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) 및 자동화장비를 사용한 chemiluminescent immunoassays (CLIA) 방식의 검사도 가능하며, 이 중 CLIA 기법이 ELISA 및 LFA보다 더 민감한 것으로 알려져 있다[8]. 전 세계적으로 많은 국가에서 백신 접종이 이루어지고 있어, 백신 접종 후 항체 형성 확인에 사용할 수 있는 혈청학적 검사와 그 유용성도 관심이 높아지고 있다.

본 연구에서는 현장에서 바로 검사할 수 있는 LFA 키트 3종과 Roche, Beckman-Coulter에서 제공하는 CLIA 시약을 평가하여 COVID-19 혈청학적 검사의 현주소와 임상적 유용성을 확인하고자 한다.

1. 검체

2020년 1월부터 2021년 2월까지 COVID-19 백신을 접종하지 않은 만 19세 이상의 성인, 비인두 도말 검체를 사용한 SARS-CoV-2 RT-PCR 결과, 양성을 보여 COVID-19 확진된 환자 46명의 검체 199개 및 내원 환자 중 RT-PCR 검사에서 음성이며 임상적 증상이 없는 환자 98명의 혈청 검체 98개를 대상으로 하였다. RT-PCR은 PowerChek 2019-nCoV Real-time PCR kit (Kogenbiotech, Seoul, Korea)을 사용하여 E gene 및 RdRp gene의 cycle threshold 값이 ≤35인 경우를 SARS-CoV-2 양성, >35인 경우는 SARS-CoV-2 음성으로 판정하였다. 양성 환자 중 증상 발현 시점으로부터 검사 시점까지의 기간별로 0–7일을 그룹 1, 8–14일을 그룹 2, 15–21일을 그룹 3, 22일 이상을 그룹 4로 나누며, 혈청 검체 채취는 serum separator tube 5 mL 용기를 사용하였다. LFA 검사 및 CLIA 검사를 RT-PCR 양성 검체 및 RT-PCR 음성 검체를 대상으로 검사하였고, 검체량이 부족하거나 5가지 검사 중 하나라도 검사결과의 판독이 불가능한 총 10건은 결과에서 제외하여 최종적으로 양성 검체 193개, 음성 검체 94개에 대한 검사를 완료하였다(Table 1). 음성 검체는 hepatitis B surface antibody, hepatitis C virus antibody (anti-HCV), human immunodeficiency virus (HIV) antigen, HIV antibody, antinuclear antibody (ANA), rheumatoid factor 양성 여부를 확인하여 교차반응이 발생하는지를 확인하였다. 또한 이 연구는 Institutional Review Board of Soonchunhyang University Hospital, Seoul, Korea (IRB file no., SCHUH-2020-11-020)의 승인을 받았다.

Table 1 . Number of patients and samples collected in this study.

VariablePositiveNegative
Patients4698
Collected samples19998
Inadequate samples*64
Group
Group 138
Group 238
Group 325
Group 492
Total tested samples19394

*Samples with insufficient volume or unreadable results. Groups with samples collected for symptom onset from 0 to 7 days (group 1); from 8 to 14 days (group 2); from 15 to 21 days (group 3); 21 days or more (group 4)..



2. Lateral flow assay 및 chemiluminescent immunoassays 기법

LFA 키트로 WonMed COVID-19 IgM/IgG (Wonmed, Bucheon, Korea), careUS COVID-19 IgM/IgG (WELLS BIO, Seoul, Korea), STANDARD Q COVID-19 IgM/IgG Plus test (SD Biosensors, Suwon, Korea)를 사용하였고, CLIA method는 Anti-SARS-CoV2 Elecsys nucleocapsid (N) 및 spike (S) (Roche, Basel, Switzerland)를 cobas e 602 module (Roche, Basel, Switzerland)로 검사하였고, ACCESS SARS-CoV-2 IgM, IgG (Beckman Coulter, Brea, CA, USA) 시약을 UniCel DxI 800 (Beckman Coulter)로 검사하여 비교 및 평가하였다. LFA 키트는 공통적으로 15분 후 결과를 판독하였다. CLIA 시약 중 Anti-SARS-CoV2 Elecsys는 S 항원과 N 항원에 대한 항체를 개별적으로 검출할 수 있다. Anti-SARS-CoV2 Elecsys는 IgG와 IgM을 구분하지 않고 각 시약에 포함되어 있는 재조합 항원 S 또는 N에 대한 항체 전반을 측정한다. Elecsys N은 cutoff index 1.0 미만은 음성, 1.0 이상은 양성으로 판정하였고, Elecsys S는 0.80 U/mL 미만을 음성, 0.80 U/mL 이상을 양성으로 판정하고 250 U/mL까지를 검출범위로 지정하였다. ACCESS SARS-CoV-2 시약 중 IgM은 1.00 signal-to-cutoff ratio (S/CO) 미만을 non-reactive, 1.00 S/CO 이상을 reactive로 정의하였으며, IgG에서는 0.80 S/CO 이하를 non-reactive, 0.80 초과 1.00 S/CO 미만을 equivocal, 그리고 1.00 S/CO 이상을 reactive로 정의하였다. 모든 과정은 제조사에서 제안하는 프로토콜에 따라 경험 있는 병리사가 검사를 수행하였다. 제조사에서 제공한 각 키트 및 시약의 특성은 Table 2와 같다[10-16].

Table 2 . Manufacturer-provided clinical sensitivity/clinical and analytical specificity.

KitAntibodySample typeCapture antigenAssay type
WonMed COVID-19 kit [10]IgMSerum, plasmaS1 RBD domainGold conjugate LFA
IgGSerum, plasmaNGold conjugate LFA
careUS COVID-19 IgM/IgG kit [11]IgMSerum, plasmaNGold conjugate LFA
IgGSerum, plasmaNGold conjugate LFA
STANDARD Q COVID-19 IgM/IgG Plus [12]IgMSerum, plasma, whole bloodN, SGold conjugate LFA
IgGSerum, plasma, whole bloodN, SGold conjugate LFA
ACCESS SARS-CoV-2 IgM/IgG [13,14]IgMSerum, plasmaS1 RBD domainCLIA
IgGSerum, plasmaS1 RBD domainCLIA
Anti-SARS-CoV2 Elecsys [15,16]TotalSerum, plasmaNECLIA
TotalSerum, plasmaS1 RBD domainECLIA

The instruments used were from the following companies: Wonmed (Bucheon, Korea); WELLS BIO (Seoul, Korea); SD Biosensors (Suwon, Korea); Beckman Coulter (Brea, CA, USA); and Roche (Basel, Switzerland)..

Abbreviations: IgM, immunoglobulin M; S, spike; RBD, receptor binding domain; LFA, lateral flow assay; IgG, immunoglobulin G; N, nucleocapsid; CLIA, chemiluminescent immunoassay; ECLIA, electrochemiluminescence immunoassay..



3. 통계분석

수집한 데이터를 IBM SPSS Statistics ver. 26.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA)로 분석하였다. 각 검사방법 및 그룹별 임상적 민감도의 차이를 확인하기 위해 비교대상의 수에 따라 Kruskal-Wallis 검정 및 Mann-Whitney 검정을 사용하여 비교하였고, 키트 및 시약별 일치도를 확인하기 위해 Cohen’s kappa 및 Fleiss’ kappa 분석을 사용하여 검사결과를 비교하였다. P값이 0.05 이하일 때 분석이 통계적으로 유의하다고 판정하였다.

RT-PCR 결과와 비교하여 전체 검사결과의 민감도, 특이도, 양성 예측률, 음성 예측률을 조사하였다(Table 3). LFA 키트 3종은 IgM에서 46.1%–61.1%의 민감도를 보였고 IgG에서는 87.6%–88.1%의 민감도를 보였다. CLIA 시약 중 ACCESS SARS-CoV-2는 IgM에서 72.0%의 민감도를 보였고 IgG에서는 85.0%의 민감도를 보였다. Elecsys 시약은 N 항체에서 86.0%의 민감도, S 항체에서 85.5%의 민감도를 보였다. LFA 키트의 IgM에 대한 특이도는 97.9%–100.0%였고 IgG에 대한 특이도는 94.7%–97.9%였다. ACCESS 시약은 IgM에서 100.0%의 특이도, IgG에서 98.9%의 특이도를 보였다. Elecsys 시약의 특이도는 N 항체 100.0%, S 항체 100.0%로 나타났다.

Table 3 . Sensitivity, specificity, PPV, and NPV with RT-PCR technique of three LFA kits and two CLIA reagents.

KitAntibodyComparator (RT-PCR)Sensitivity (95% CI)Specificity (95% CI)PPV (95% CI)NPV (95% CI)

PositiveNegativeTotal
WonMed COVID-19IgM+103210553.4% (46.1%?60.5%)97.9% (91.8%?99.6%)98.1% (92.6%?99.7%)50.6% (43.1%?58.0%)
IgM?9092182
IgG+169517487.6% (61.9%?91.7%)94.7% (87.5%?98.0%)97.1% (93.1%?98.9%)78.8% (69.9%?85.7%)
IgG?2489113
careUS COVID-19 IgM/IgGIgM+118111961.1% (53.8%?68.0%)98.9% (93.4%?99.9%)99.2% (94.7%?100.0%)55.4% (47.5%?63.0%)
IgM?7593168
IgG+169517487.6% (81.9%?91.7%)94.7% (87.5%?98.0%)97.1% (93.1%?98.9%)78.8% (69.9%?85.7%)
IgG?2489113
STANDARD Q COVID-19 IgM/IgG PlusIgM+8908946.1% (39.0%?53.4%)100.0% (95.1%?100.0%)100.0% (94.8%?100.0%)47.5% (40.4%?54.7%)
IgM?10494198
IgG+170217288.1% (82.5%?92.1%)97.9% (91.8%?99.6%)98.8% (95.4%?99.8%)80.0% (71.3%?86.7%)
IgG?2392115
ACCESS SARS-CoV-2 IgM/IgGIgM+139013972.0% (65.0%?78.1%)100.0% (95.1%?100.0%)100.0% (96.6%?100.0%)63.5% (55.2%?71.2%)
IgM?5494148
IgG+164116585.0% (79.0%?59.6%)98.9% (93.4%?99.9%)99.4% (96.2%?100.0%)76.2% (67.5%?83.3%)
IgG?2993122
Anti-SARS-CoV2 ElecsysN+166016686.0% (80.1%?90.4%)100.0% (95.1%?100.0%)100.0% (97.2%?100.0%)77.7% (69.0%?84.6%)
N?2794121
S+165016585.5% (79.5%?90.0%)100.0% (95.1%?100.0%)100.0% (97.2%?100.0%)77.0% (68.4%?84.0%)
S?2894122

Values are presented as number, unless otherwise stated. The instruments used were from the following companies: Wonmed (Bucheon, Korea); WELLS BIO (Seoul, Korea); SD Biosensors (Suwon, Korea); Beckman Coulter (Brea, CA, USA); and Roche (Basel, Switzerland)..

Abbreviations: PPV, positive predictive value; NPV, negative predictive value; RT-PCR, reverse transcription polymerase chain reaction; LFA, lateral flow assay; CLIA, chemiluminescent immunoassay; CI, confidence interval; IgM, immunoglobulin M; IgG, immunoglobulin G..



WonMed COVID-19 키트 및 careUS COVID-19 키트는 IgG에서 각각 5% (5/94), 5% (5/94)의 위양성을 보였고 STANDARD Q CoVID-19 키트는 2% (2/94)의 위양성을 보였다. IgM에서는 WonMed 키트가 2% (2/94), careUS 키트가 1% (1/94), STANDARD Q 키트는 위양성을 보이지 않았다. CLIA 시약 중에서는 ACCESS SARS-CoV-2 시약이 IgG에서 1% (1/94) 위양성을 보였고 Elecsys 시약은 위양성을 보인 검체가 없었다.

양성 환자를 증상 발현 후 검사 일시까지의 기간별로 4개의 그룹으로 나누어 보았을 때(Table 4), 대부분의 키트 및 시약이 항체가 충분히 생성되기 전의 기간인 7–14일 전에서 임상적 민감도가 낮게 나타났다. 그룹 1과 그룹 2 사이에는 임상적 민감도의 차이가 있었고(P=0.008), 그룹 2와 그룹 3 간에는 차이가 뚜렷하지 않았으며(P=0.292) 그룹 3과 그룹 4 간에도 차이가 관찰되지 않았다(P=0.317). 그룹 1에서 2, 그룹 3에서 4의 두 그룹을 비교했을 때는 임상적 민감도에 뚜렷한 차이가 있어(P=0.007) LFA 및 CLIA 기법 모두 그룹3 이후의 검체에서 민감도가 높게 나타났다.

Table 4 . Results of calculating the clinical sensitivity of four groups divided according to the period from symptom onset to examination.

KitAntibodyClinical sensitivity (95% CI)

Group 1*Group 2*Group 3*Group 4*
WonMed COVID-19IgM39.5% (24.5%?56.5%)65.8% (48.6%?79.6%)68.0% (46.4%?84.3%)50.0% (39.5%?60.5%)
IgG55.3% (38.5%?71.0%)92.2% (77.5%?97.9%)96.0% (77.7%?99.8%)96.7% (90.1%?99.2%)
IgM+IgG55.3% (38.5%?71.0%)92.1% (77.5%?97.9%)96.0% (77.7%?99.8%)96.7% (90.1%?99.2%)
careUS COVID-19 IgM/IgGIgM42.1% (26.7%?59.1%)76.3% (59.4%?88.0%)76.0% (54.5%?89.8%)58.7% (47.9%?68.7%)
IgG52.6% (36.0%?68.7%)89.8% (71.1%?95.1%)100.0% (83.4%?100.0%)98.9% (93.2%?99.9%)
IgM+IgG55.3% (38.5%?71.0%)92.1% (77.5%?97.9%)100.0% (83.4%?100.0%)98.9% (93.2%?99.9%)
STANDARD Q COVID-19 IgM/IgG PlusIgM36.8% (22.3%?54.0%)52.6% (36.0%?68.7%)64.0% (42.6%?81.3%)42.4% (32.3%?53.1%)
IgG55.3% (38.5%?71.0%)86.8% (71.1%?95.1%)100.0% (83.4%?100.0%)98.9% (93.2%?99.9%)
IgM+IgG60.5% (43.5%?75.5%)86.8% (71.1%?95.1%)100.0% (83.4%?100.0%)98.9% (93.2%?99.9%)
ACCESS SARS-CoV-2 IgM/IgGIgM47.4% (31.3%?64.0%)81.6% (62.1%?91.7%)92.0% (72.5%?98.6%)72.8% (62.4%?81.3%)
IgG50.0% (33.7%?66.3%)78.9% (62.2%?89.8%)100.0% (83.4%?100.0%)97.9% (91.6%?99.6%)
IgM+IgG55.3% (38.5%?71.0%)86.8% (71.1%?95.1%)100.0% (83.4%?100.0%)97.8% (91.6%?99.6%)
Anti-SARS-CoV2 ElecsysN52.6% (36.0%?68.7%)78.9% (62.2%?89.9%)96.0% (77.7%?99.8%)100.0% (95.0%?100.0%)
S50.0% (33.7%?66.3%)78.9% (62.2%?89.9%)96.0% (77.7%?99.8%)100.0% (95.0%?100.0%)
N+S55.3% (38.5%?71.0%)84.2% (68.1%?93.4%)100.0% (83.4%?100.0%)100.0% (95.0%?100.0%)

The instruments used were from the following companies: Wonmed (Bucheon, Korea); WELLS BIO (Seoul, Korea); SD Biosensors (Suwon, Korea); Beckman Coulter (Brea, CA, USA); and Roche (Basel, Switzerland)..

Abbreviations: CI, confidence interval; IgM, immunoglobulin M; IgG, immunoglobulin G; N, nucleocapsid; S, spike..

*Groups with samples collected for symptom onset from 0 to 7 days (group 1); 8 to 14 days (group 2); 15 to 21 days (group 3); 21 days or more (group 4). Determined as positive if either IgM or IgG is positive. Positive if either S or N is positive..



Elecsys 시약은 그룹 3, 그룹 4의 검체에서 N, S 항체 검사 모두 96.0%, 100%의 민감도를 보여 항원의 종류-N, S 여부에 관계 없이 항체 형성은 2주가 지나면 검출에 충분할 정도로 형성되는 것으로 보인다. Elecsys 검사는 IgM, IgG 를 구분할 수 없기 때문에 항체의 subtype에 따른 차이는 확인할 수 없었다.

ACCESS SARS-CoV-2 에 대한 본 연구의 데이터에서는 전체 검체를 대상으로 했을 때 IgM의 민감도 71.9%, IgG의 민감도 83.9%를 보였으며 역시 그룹 1에서는 각각 47.5%, 47.5%로 낮은 민감도를 보였다. 14일 이후의 검체를 대상으로 했을 때는 IgM 77.5%, IgG 98.3%의 민감도로, IgG가 IgM보다 더 민감하였다. 환자에 따라 IgM의 형성 정도에는 차이가 있었다.

증상 발현 후 2주 이전의 그룹 1과 그룹 2 사이에서 IgM (P=0.009)은 먼저 통계적으로 유의한 차이를 보였고, IgG (P=0.233)는 통계적으로 유의한 차이가 보이지 않았다. 그룹 2와 그룹 3 간에 IgM은 뚜렷한 증가를 확인할 수 없었으며(P=0.279), IgG는 그룹 2와 3 사이를 기준으로 항체 검출이 증가했다(P<0.001).

각 키트 및 시약별 결과의 일치도를 조사한 결과, IgM에서 0.619–0.790의 일치도를 보였고 대부분 중등도에서 좋은 일치도를 보였고(Table 5), RT-PCR과는 다소 낮은 일치도를 보였다(0.359–0.628). IgG에서는 0.878–0.942의 좋은 일치도를 보였고 RT-PCR과는 0.780–0.813의 일치도였다. IgM 혹은 IgG 둘 중 하나에서만 양성이 나온 경우를 전체 양성으로 판정하였을 때, 역시 0.883–0.927로 좋은 일치도를 보였으며, Elecsys에서 N 혹은 S 항원 양성을 전체 양성으로 판정했을 경우와도 아주 좋은 일치도(0.829–0.942)를 보였다. RT-PCR과 전체 양성의 일치도 또한 좋음에서 아주 좋음의 일치도(0.782–0.829)를 보였다.

Table 5 . Cohen’s kappa (95% confidence interval) concordance between each kit and reagent.

WonMedcareUSSTANDARD QACCESSElecsys
IgM
WonMed-
careUS0.766 (0.691?0.842)-
STANDARD Q0.674 (0.584?0.764)0.687 (0.602?0.772)-
ACCESS0.621 (0.532?0.709)0.790 (0.716?0.860)0.619 (0.534?0.705)-
RT-PCR0.413 (0.331?0.495)0.500 (0.516?0.584)0.359 (0.284?0.435)0.628 (0.545?0.711)
IgG
WonMed-
careUS0.898 (0.846?0.950)-
STANDARD Q0.913 (0.864?0.961)0.942 (0.902?0.982)-
ACCESS0.892 (0.839?0.945)0.878 (0.821?0.934)0.892 (0.839?0.945)-
RT-PCR0.782 (0.708?0.856)0.782 (0.708?0.856)0.813 (0.744?0.882)0.780 (0.706?0.853)
Total*
WonMed-
careUS0.897 (0.845?0.950)-
STANDARD Q0.927 (0.883?0.971)0.927 (0.882?0.971)-
ACCESS0.898 (0.847?0.950)0.883 (0.828?0.939)0.913 (0.865?0.961)-
Elecsys0.869 (0.821?0.918)0.898 (0.855?0.941)0.928 (0.883?0.972)0.942 (0.903?0.982)-
RT-PCR0.782 (0.708?0.856)0.795 (0.734?0.855)0.827 (0.771?0.883)0.814 (0.745?0.883)0.829 (0.763?0.895)

The instruments used were from the following companies: Wonmed (Bucheon, Korea); WELLS BIO (Seoul, Korea); SD Biosensors (Suwon, Korea); Beckman Coulter (Brea, CA, USA); and Roche (Basel, Switzerland)..

Abbreviations: IgM, immunoglobulin M; IgG, immunoglobulin G; RT-PCR, reverse transcription polymerase chain reaction..

*Determined as positive if either IgM or IgG was positive. Positive if either spike or nucleocapsid was positive..


지금까지 보고된 바에 의하면 IgG는 증상 발현 후 12–15일, IgM은 4–14일, IgA는 4–24일 가량이 검출되기 시작하는 평균 혹은 중앙값이다[17]. 항체가 검출되는 기간에 대해서는 다양한 보고가 있으나 IgM의 경우 정점까지 증가했다가 증상 발현 후 3–5주부터 감소하기 시작하며, IgG의 경우 증상 발현 후 50일 전후로 정점까지 증가한 이후 비교적 평탄하게 감소하며 7개월 이후까지도 검출이 보고되어 있다[18-20].

LFA 키트에 대한 타 연구의 민감도는 52.8%–94.6%로 보고되어 본 연구와 유사했다[7,21,22]. IgM 또는 IgG 둘 중 하나만 양성이어도 양성으로 판정했을 때 증상 발현 후 15일 이후의 결과는 88.0%까지 상승하는 소견을 공통적으로 보였고[23], 타 연구에서도 IgM을 단독으로 보았을 때 민감도가 32.5%–76.1%, IgG를 단독으로 보았을 때 53.7%–85.9%로 보고되어 있어 본 연구의 민감도와 유사했다[21,24]. CLIA 방식의 검사 민감도는 79.9%–94.4%, 그 중에서 Anti-SARS-CoV2 Elecsys의 민감도는 94.95%로 본 연구의 2주 이상 검체를 대상으로 했을 때의 결과와 유사하다[7,21]. 평가한 키트와 시약의 종류에는 다소 차이가 있으나, 전체적인 임상적 유용도는 유사할 것으로 생각된다.

위양성 중 교차반응으로 의심되는 결과가 WonMed kit 및 ACCESS SARS-CoV-2 IgG 시약에서 1건 확인되었다. 해당 환자는 ANA에서 nuclear membranous pattern으로 강양성(>1:5,120)을 보였으며, 추출핵항원(extractable nuclear antigen, ENA)에서 U1-nuclear ribonucleoprotein (nRNP), anti-Ro, anti-double-stranded DNA (dsDNA), anti-centromere protein B에서 양성을 보였다. 그러나 ANA 정량에서 1:2,560 이상의 강양성을 보인 다른 환자 3인에서는 교차반응이 보이지 않았으며, 교차반응이 확인된 검체에서만 양성을 보인 ENA 결과는 U1-nRNP, anti-dsDNA였다. U1-nRNP 항체는 U1 ribonucleoprotein (RNP)에 대한 항체로, 바이러스 또한 RNP로 구성되어 있으므로 이에 대한 높은 항체가 혈청학적 검사에서 검출된 것으로 생각된다. dsDNA 항체 또한 바이러스 구성 성분인 핵산에 대한 항체로 교차반응을 일으킨 것으로 보인다. 그러나 과거 감염의 가능성 또한 배제할 수 없다. ACCESS SARS-CoV-2 IgG 시약과 Elecsys S 시약 모두 바이러스의 S1 항원 중 receptor binding domain에 대한 항체를 검출하는 시약이므로 교차반응의 차이는 추가적인 확인이 필요하다. 그 외 hepatitis A virus antibody, anti-HCV, HIV antigen, HIV antibody와는 교차반응을 관찰할 수 없었다.

또한 LFA의 위양성 검체 중 2건은 특이 병력 없는 환자의 검체로 세 종류의 LFA 키트 모두에서 IgM 음성, IgG 양성을 보였고, CLIA 시약을 사용한 검사에서는 모두 음성을 보였다. 다만, ACCESS SARS-CoV-2 IgG에서 0.96, 0.79로 optical density 값이 cutoff 미만이긴 하였으나 다른 음성 환자보다 다소 높은 양상을 보였고 Elecsys 시약에서는 S는 두 건 모두 0.4 미만, N은 각각 0.132, 0.080으로 음성을 보였다. 상기한 결과는 과거 COVID-19 감염으로 인해 생성된 항체에 의한 LFA 진양성일 가능성도 있으나, CLIA 법에서는 둘 모두 음성을 보여 가능성은 다소 떨어지며, SARS-CoV-2 외의 코로나 바이러스 감염에서도 IgG ELISA 양성을 보인 보고도 있어 주의가 필요하다[25,26].

WonMed COVID-19 키트의 재검률이 20%로 다른 키트에 비해 높았다. 재검률이 높은 사유 중 하나는 버퍼의 이동거리가 다른 키트에 비해 길어 control line까지 온전히 검체가 도달하기 전에 건조되어 버린다는 점이다. 일부 버퍼가 전혀 이동하지 않는 불량도 수 건 확인되었다. 적정량의 버퍼 사용과 검사자의 숙련도가 검사 성공률을 다소 상승시킬 수 있을 것으로 생각되나, 빠른 건조 문제는 해결하지 못했다. 검체 접종위치와 버퍼 접종위치가 다른 점이 많은 검체를 검사할 때 오염률을 줄이는 것에 도움이 될 것이나, 버퍼의 이동거리를 늘린다는 한계가 있었다. WonMed 키트가 재검률이 높았으나, LFA 키트 전체의 일치도는 IgM의 kappa 계수 0.620 (95% confidence interval [CI], 0.618–0.623; P<0.001), IgG의 kappa 계수 0.830 (95% CI, 0.827–0.832; P<0.001)로 높은 일치도를 보였으며, 민감도와 특이도 또한 다른 키트와 유사하여 성능적으로 큰 차이는 없을 것이다.

각 키트 및 시약의 일치도는 IgM에서 다소 낮고 IgG에서 좋은 일치도를 보였고 WonMed 키트도 유사한 일치도였다. 그러나 IgM 혹은 IgG 단일로 판정하기보다 IgM+IgG 양성의 kappa 계수가 뚜렷하게 좋은 일치도로 나타나 임상적으로는 IgM+IgG 양성을 참고해야 할 것이다. Elecsys 시약의 경우 비교대상 중 유일하게 IgM, IgG를 구분할 수 없으나 N+S 양성을 비교했을 때 모두 아주 좋은 일치도를 보여 임상적 사용에 유용할 것으로 보인다.

본 연구에서는 LFA 키트 3종과 CLIA 시약 2종을 비교하여 분석한 정보를 제공한다. LFA 키트는 특별한 장비가 없어도 어디서든 사용이 가능하지만, CLIA 시약은 적절한 설비가 필요하다. 혈청학적 유병률, 감염 후 혈청학적 반응 확인 등을 위해 검사방법을 선택할 때 필요한 성능 비교평가의 제시가 본 연구의 목적이다.

모든 키트 및 시약은 증상 발현 후 14일 이후의 검사에서 충분한 민감도를 보이며 특히 7일 전인 그룹 1의 민감도는 55.3%–60.5%에 불과해 해당 시기의 환자에서는 혈청학적 검사 외의 RT-PCR과 같은 검사를 통해 환자의 상태를 확인하는 것이 적절할 것이다. 특이도는 모든 검체에 대해 모든 검사가 높은 특이도를 보였으나, 일부 위양성을 보여 이에 대한 주의가 필요하다. 이와 같이 혈청학적 검사를 할 때 IgM과 IgG를 함께 확인해야 충분한 임상적 민감도를 얻을 수 있을 것이며, 검사 시점 또한 주의하여 적용하여야 할 것이다.

이 논문은 대한임상검사정도관리협회의 2021년 학술연구비 지원을 받아 시행한 결과를 바탕으로 작성되었다(과제번호: 2021-005).

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