El laboratorio de polvo cósmico del IAA se reinventa para estudiar la detección de coronavirus en superficies

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Hace un mes arrancaba un proyecto presentado por investigadores de distintas instituciones andaluzas para el diseño de un prototipo capaz de detectar el virus SARS-CoV-2 sobre superficies de distintos materiales mediante el uso de tecnologías ópticas ya existentes combinadas con inteligencia artificial (IA). Al proyecto, financiado por el Instituto de Salud Carlos III, dependiente del Ministerio de Ciencia e Innovación, se ha sumado esta semana el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) a través del su Laboratorio Cósmico de Polvo (CODULAB, de su nombre en inglés).

El CODULAB es un laboratorio experimental que estudia cómo las partículas de polvo dispersan la luz, algo esencial para el estudio de las atmósferas planetarias, de la envoltura de gas y polvo que rodea el núcleo de los cometas o de los discos donde se forman los planetas. También ha estudiado muestras de polvo producido por erupciones volcánicas o desplazado por grandes tormentas de polvo en nuestro planeta y, ahora, está siendo adaptado para detectar virus sobre distintos tipos de superficies.

“Para empezar vamos a trabajar con un láser que emite a una longitud de onda del orden del tamaño del virus, de esa forma será más fácil su detección. Además, estamos adaptando el tren óptico para poder estudiar superficies en vez de las nubes de polvo cósmico con las que solemos trabajar”, apunta Olga Muñoz, investigadora del IAA-CSIC que coordina el laboratorio.

El proyecto al que los investigadores del IAA-CSIC se incorporan, y que se lidera desde el Grupo de Física Interdisciplinar del Departamento de Física Aplicada III de la ETS de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, responde a la carencia actual de métodos de detección y visualización de la presencia del virus en superficies. Su objetivo reside en desarrollar un prototipo portátil que combinaría sistemas de lectura de imágenes multiespectrales, tanto en el rango óptico (de ultravioleta a infrarrojo térmico) como en el rango de terahercios, métodos de análisis mediante óptica computacional e inteligencia artificial (machine learning).

Esto permitiría el análisis rápido y sin contacto de las zonas contaminadas por medio de la generación de mapas de distribución espacial en el campo de visión del dispositivo. A su vez, supondría un gran avance al disponer de métodos que ayuden a la limpieza y descontaminación de dispositivos médicos e instalaciones y a la reducción del contagio por contacto.

“Con la entrada del CODULAB en el proyecto se añade la polarimetría a las distintas técnicas ópticas que se están estudiando como herramienta diagnóstica para detectar el virus SARS-CoV-2 depositado sobre superficies de distintos materiales”, apunta Olga Muñoz (IAA-CSIC).

Un gran desafío

Las mayores dificultades del proyecto, que entraña un gran desafío científico y tecnológico, radican tanto en la escasa información de que se dispone acerca del virus –en cuanto a sus características físicas, mecanismos de interacción, de depósito sobre superficies e interacción con la luz– como en su tamaño, apenas 120 nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro).

Para ello se plantea explorar la práctica totalidad del rango óptico, incluyendo las bandas ultravioletas, el espectro visible, el infrarrojo y hasta la banda de terahercios, algunas de las cuales ya se están utilizando con éxito para determinar propiedades ópticas y electromagnéticas de otros tipos de virus, incluso más pequeños que este SARS-CoV-2.
Aunque los investigadores parten de tecnología ya disponible, el problema al que se enfrentan, la visualización de zonas contaminadas no visibles para el ojo humano, es muy compleja y la combinación de técnicas ópticas y de procesado propuestas resultan muy innovadoras.

Según los científicos embarcados en este proyecto, en solo tres meses podrían empezar a obtenerse los primeros resultados, si bien la investigación se plantea un horizonte de unos ocho meses. El grupo de investigadores publicará en abierto los resultados científicos que obtenga en el transcurso de la investigación, y también los diseños y dispositivos que se desarrollen, para posibilitar su utilización y mejora por la comunidad internacional.

Trayectoria del equipo multidisciplinar

Las instituciones y los investigadores que participan en la investigación aportan al proyecto una experiencia amplia en los campos de estudio más directamente relacionados con la misma. Así, el Grupo de Física Interdisciplinar (GFI) del Departamento de Física Aplicada III de la ETS de Ingeniería (ETSI) de la Universidad de Sevilla, bajo la dirección del catedrático Emilio Gómez González, tiene experiencia en el diseño, desarrollo y puesta en funcionamiento de tecnologías ópticas, sistemas y métodos de procesado de imagen en aplicaciones de muy alta complejidad y entornos muy demandantes (neurocirugía y cirugía fetal, entre otros).

El Hospital Universitario Virgen del Rocío, centro de referencia del Servicio Andaluz de Salud (SAS), y el Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBIS), cuentan con dilatada experiencia en coordinación médica, aspectos clínicos y epidemiológicos, así como en la realización de pruebas en el entorno sanitario, siendo en la actualidad uno de los centros más destacados en la lucha contra la pandemia del COVID-19. La coordinación de los numerosos servicios que colaboran en este proyecto corre a cargo de los doctores José Miguel Cisneros, Javier Padillo y Javier Márquez y la parte técnica por el Servicio de Electromedicina, dirigido por José D. Sanmartín.

El Grupo TEDAX-NRBQ de Sevilla del Cuerpo Nacional de Policía, a cargo del Inspector José M. Navas, es especialista en coordinación operativa y realización de pruebas en entornos generales, del mismo modo que los investigadores del Proyecto HUMAINT del Joint Research Centre (JRC) de la Comisión Europea, liderado por la Dra. Emilia Gómez, y con sede en el PCT Cartuja de Sevilla, son expertos en machine learning y en los aspectos éticos y sociales de la Inteligencia Artificial aplicada a la Medicina y la Salud. Asimismo, el JRC tiene una iniciativa transversal de investigación relacionada con el coronavirus que incluye a todas sus sedes en Europa y en la que, entre otras líneas de trabajo, se ha desarrollado un material especial de control para las pruebas. Por su parte, Corporación Tecnológica de Andalucía (CTA), es especialista en transferencia de tecnología y difusión de resultados de investigación al tejido productivo.

Por su parte, el área preclínica de la Red Andaluza de diseño y traslación de Terapias Avanzadas (RAdytTA), dirigida por la Dra. Rosario Sánchez, por su experiencia en biología molecular y biotecnología, aporta su capacidad de síntesis y análisis de virus. También participa el Observatorio Astronómico de Calar Alto, dirigido por el Dr. Jesús Aceituno; se trata del mayor observatorio astronómico de la Europa Continental y aporta equipamiento óptico especializado.