El proyecto
El control de la expansión del coronavirus y la identificación de personas infectadas va a ser clave en la gestión sanitaria y económica del país en los próximos tiempos.
Los medios para controlar esta expansión pueden ser precisos pero costosos y lentos (como el análisis de PCR), o rápidos pero caros y menos fiables. En ambos casos dependen de un mercado internacional de reactivos que está colapsado.
Utilizando la técnica de espectroscopía del infrarrojo cercano (Vis-NIRs) es posible detectar la enfermedad COVID-19 en una muestra de exudado faríngeo tomada con un bastoncillo a través de la nariz o la garganta. Esta técnica precisa, rápida y económica ofrece el resultado en menos de un minuto utilizando un aparato que no requiere de reactivos, pudiendo hacer cientos de análisis diarios.
Figura 1: Espectroscopía de Vis-NIR. A) Operando el equipo en reflectancia sobre medio líquido, B) Análisis de muestras líquidas en transmitancia, detalle de la cubeta de cuarzo, C) Esquema de montaje del equipo en reflectancia, D) Aspecto de los espectros de sustancias hipotéticas, E) Ejemplo de resultados tras los análisis estadísticos (tratamientos preliminares y PCA).
Objetivos
El proyecto COVINIRs tiene como objetivo general diseñar y validar un método rápido y económico basado en espectroscopía de visible-infrarrojo cercano (Vis-NIRS) para la anamnesis/diagnóstico rápido de COVID-19.
Quienes somos
Un equipo creado por universidad pública y empresa privada (Universidad Rey Juan Carlos – Boscalia Technologies S.L.), con años de experiencia en otras aplicaciones de esta técnica, hemos comenzado de forma altruista un estudio en muestras infectadas y no infectadas con resultados prometedores. Con los medios adecuados, esta técnica podría aplicarse en cuestión de meses a gran escala.
Para ello estamos contando con la colaboración de los hospitales Clínic de Valencia (a través del INCLIVA), Fundación Alcorcón, Gregorio Marañón y Rey Juan Carlos, las universidades de Alcalá de Henares y Complutense de Madrid, la Generalitat Valenciana y distribuidores de equipos como JASCO Analitica Spain y BONSAI Advanced Technologies.
El equipo investigador es el siguiente:
- Dra. Silvia Matesanz García
Profesora e investigadora Ramón y Cajal en el departamento de Biología y Geología, Física y Química Inorgánica de la URJC. Es ecóloga evolutiva con un fuerte enfoque de biología molecular. Ha publicado cerca de 50 artículos científicos y ha liderado varios proyectos como investigadora principal. Se encarga de la coordinación científica del proyecto.
- D. Manuel de Luque Ripoll
Ing. Tec. Forestal, Director de Boscalia Technologies S.L. y GEA Forestal. Es experto en el diseño de aplicaciones innovadoras basadas en Vis-NIRS así como en el desarrollo de equipos de hardware adaptados a ellas. Ha redactado y ejercido la Coordinación Técnica de un Proyecto Europeo (SME Instrument, H2020) para la implementación de un equipo Vis-NIR adaptado a mediciones en madera y actualmente es coordinador de un proyecto incubado por la Agencia Espacial Europea para aplicar teledetección satelital Vis-NIR a la identificación de especies arbóreas. Se encarga de la coordinación técnica del equipo.
- Dr. David Sánchez Pescador
Doctor en Ciencias, investigador post-doctoral del Departamento de Biología y Geología, Física y Química Inorgánica, URJC y técnico superior en TRAGSATEC. Es experto en la obtención e interpretación de espectros Vis-NIRS así como en bioestadística y modelización matemática de sistemas biológicos. Se encarga del análisis e interpretación de los espectros recogidos.
- Dña. Patricia Alonso Valiente
Lda. en CC. Ambientales, técnico del laboratorio de Biología, Departamento de Biología y Geología, Física y Química Inorgánica, URJC. Experimentada en el análisis de muestras por Vis-NIRS y otras técnicas ha sido la promotora de esta idea y del grupo URCJ-Boscalia, se dedica tanto a la preparación de equipos y materiales, como a la operación del equipo para la obtención de los espectros.
- Dr. Luis de Luque Ripoll
Doctor en CC Geológicas, Investigador Contratado, Departamento de Historia I y Filosofía, Área de Prehistoria, Universidad de Alcalá. Cuenta con amplia experiencia en aplicaciones de la tecnología NIRS, tanto en el manejo y diseño de equipos, como en el desarrollo de modelos predictivos. Coordinador de un Proyecto Europeo (SME Instrument, H2020) dedicado al reconocimiento de especies botánicas a través de NIRS, ha participado en un proyecto de espectrometría Vis-NIR de la convocatoria europea ESA-BIC, así como realizado cursos de especialización en esta técnica (Universidad de Córdoba-SCAI). Participa como asesor técnico del proyecto.
- Dr. Adrián Escudero Alcántara
Catedrático de Ecología, Departamento de Biología y Geología, Física y Química Inorgánica, URJC. Doctor en Ecología. Experto a nivel mundial en bioestadística y modelización de sistemas biológicos. Asesora en la planificación experimental, así como en la elección, aplicación e interpretación de las técnicas estadísticas y modelos matemáticos utilizados para la consecución de los objetivos.
La técnica: espectroscopía del visible-infrarrojo cercano (vis-nirs)
La espectroscopía de infrarrojo cercano (NIRS en adelante) es una técnica capaz de registrar las propiedades de la materia mediante pulsos de energía aplicados sobre una muestra en el espectro de absorción que se extiende desde el visible (780nm) hasta los 2500 nm (Figura 2). Los pulsos de energía lumínica aplicados penetran a través de su superficie causando la vibración de las moléculas y siendo luego dispersados en todas las direcciones en función de la composición de la muestra. Las vibraciones se corresponden con los diferentes enlaces moleculares y grupos reactivos de las sustancias presentes. Los espectros obtenidos en el rango del infrarrojo cercano son complejos y tan característicos de cada muestra como una huella dactilar, lo que permite, mediante diversas técnicas estadísticas y de modelización relacionarlos con sus múltiples componentes y propiedades. En el caso de los seres vivos dicha huella dactilar está directamente correlacionada con el metaboloma. Esta misma técnica se desarrolla habitualmente incorporando total o parcialmente el espectro visible (350 – 780nm), lo que mejora la calidad de la información en algunos análisis. En este caso se habla de Vis-NIRS.
La NIRS y Vis-NIRS son técnicas precisas, rápidas, con un bajo coste de análisis, que no destruyen ni modifican las propiedades de la muestra. En este sentido las características de ambas técnicas permiten realizar un gran número de análisis en un periodo de tiempo muy corto: menos de 1 min desde la introducción de la muestra hasta la obtención del resultado, con un coste limitado al del propio equipo y al del técnico que lo maneja. Además, se trata de técnicas seguras tanto para el operario como para el medio ambiente al no precisar la muestra de ningún procesado previo ni del uso de reactivos químicos, lo que genera mínimos residuos (Figura 3)
Figura 3: Ventajas de la NIRS