Saber si el coronavirus está en el pomo de la puerta o en el botón del ascensor. Ese es el objetivo de un grupo de investigación integrado por diferentes instituciones radicadas en Andalucía, que ya está trabajando en el desarrollo de un dispositivo para detectar con precisión las superficies contaminadas por el Covid-19 mediante el uso de tecnologías ópticas combinadas con Inteligencia Artificial (IA). Este avance supondría una gran contribución a los esfuerzos por contener la pandemia y evitar nuevos contagios a nivel mundial.
El proyecto está liderado por el científico Emilio Gómez, director del Grupo de Física Interdisciplinar de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, quien tiene ya una dilatada y brillante experiencia en poner la investigación y la tecnología relacionada con la imagen y la óptica al servicio de la práctica médica.
La investigación ya ha alcanzado sus primeros resultados, publicados recientemente en la prestigiosa revista Scientific Reports (Nature), que consisten en una técnica patentada para analizar numerosas muestras a la vez sin necesidad de contacto. El siguiente paso será probar esta combinación de óptica e Inteligencia Artificial en la detección sobre muestras humanas.
El equipo está integrado por investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, el Hospital Universitario Virgen del Rocío, el Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBiS), la Red Andaluza de Diseño y Traslación de Terapias Avanzadas, los Tedax de la Policía Nacional, el Observatorio Astronómico de Calar Alto (Almería), el Joint Research Centre (JRC) de la Comisión Europea con sede en Sevilla y la Corporación Tecnológica de Andalucía (CTA).
Un proyecto de dimensión mundial
Dado que en la actualidad no existen métodos de detección y visualización de la presencia del virus en superficies, el objetivo del proyecto es desarrollar un prototipo portátil que combinaría sistemas de lectura de imágenes multiespectrales, 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 de estas imágenes en el campo de visión captado por el dispositivo. Ello supondría un gran avance en cuanto a disponer de métodos que ayuden a la limpieza y descontaminación de dispositivos médicos e instalaciones y a la reducción del contagio por contacto.
Esta investigación no contempla pruebas en pacientes ni interferirá en los procedimientos clínicos, de diagnóstico o tratamiento del Covid-19. La misma se centrará en la toma de imágenes de muestra tanto en zonas contaminadas por el virus como en zonas limpias, para que mediante el uso de algoritmos de Inteligencia Artificial (machine learning), se puedan extraer conclusiones que permitan avanzar en el desarrollo del prototipo.
Para financiar la adquisición del material técnico, los investigadores de este proyecto cuentan con aproximadamente un millón de euros que ya les había concedido el Ministerio de Ciencia e Innovación en 2019 para la compra de cámaras en los rangos espectrales reseñados, algunas de las cuales ya están disponibles y otras se encuentran en proceso de adquisición. La financiación garantizada en abril de 2020 por el Instituto de Salud Carlos III (medio millón de euros) permitirá cubrir la totalidad del presupuesto en la adquisición de otros recursos complementarios necesarios para la detección del SARS-CoV-2 y la realización de pruebas en entornos contaminados.
La investigación logra su primera patente
El grupo de investigación multidisciplinar, liderado por Emilio Gómez ha logrado su primera patente, fruto del trabajo realizado durante los últimos meses, a pesar de la situación de pandemia. Esto significa que la técnica ha logrado detectar con éxito el virus Covid-19 sobre superficies contaminadas. En concreto, ha sido aplicada a la detección de dos tipos de virus sintéticos utilizados como modelos del SARS-CoV-2 (lentivirus y coronavirus sintéticos) en dos fluidos (suero salino y saliva artificial). Además, permite un análisis simultáneo de numerosas muestras sin necesidad de contacto ni de utilizar reactivos.
Ahora, la investigación continúa con la aplicación de este método innovador para detectar el virus en superficies contaminadas con muestras orgánicas (de origen humano).
Un gran desafío científico y tecnológico
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 y de depósito sobre superficies, interacción con la luz– como en su tamaño, apenas 120 nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro).
Para ello se plantean explorar la práctica totalidad del rango óptico, incluyendo las bandas ultravioleta, 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 complejo y la combinación de técnicas ópticas y de procesado propuestas resultan muy innovadoras.
Según los científicos embarcados en este proyecto, en sólo 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 vaya obteniendo 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 Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla, bajo la dirección del catedrático Emilio Gómez, 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 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.
Por su parte, el área preclínica de la Red Andaluza de diseño y traslación de Terapias Avanzadas (RAdytTA), dirigida por Rosario Sánchez, por su experiencia en biología molecular y biotecnología, aporta su capacidad de síntesis y análisis de virus. Mientras que el Observatorio Astronómico de Calar Alto de Almería, dirigido por el doctor Jesús Aceituno, está considerado como el observatorio astronómico más importante de la Europa Continental y aporta equipamiento óptico especializado.
El Grupo Tedax 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 en Sevilla, liderado por Emilia Gómez, y con sede en el PCT Cartuja de Sevilla, con investigadores como Marius Miron, 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 los tests. Por su parte, Corporación Tecnológica de Andalucía (CTA), es especialista en transferencia de tecnología y difusión de resultados de investigación al tejido productivo, y en este proyecto lo lleva a cabo Silvia de los Santos.
Emilio Gómez y sus aparatos usados por médicos en hospitales
Emilio Gómez está considerado como uno de los investigadores más brillantes de la comunidad científica en Sevilla. El catedrático de Física Aplicada de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla fundó en 2001, y dirige desde entonces, el Grupo de Física Interdisciplinar (GFI).
Su actividad investigadora incluye el diseño, desarrollo y puesta en marcha de tecnologías ópticas y neurofotónicas para cirugía no invasiva y guiada por imagen en Neurocirugía y Cirugía Fetal; sistemas de ayuda al diagnóstico y medicina personalizada en Hepatología, Radiología, Neurología y otras áreas médicas; y arquitecturas ópticas de realidad aumentada y visualización 2D y 3D.
Desde hace más de 20 años colabora con el Hospital Universitario Virgen del Rocío de Sevilla, particularmente con el Programa de Cirugía Fetal y los Servicios de Neurocirugía, Digestivo y Radiología, con la Unidad de Esclerosis Múltiple del Servicio de Neurología del Hospital Universitario Virgen Macarena y como investigador en el Grupo de Neurociencia Aplicada del Instituto de Biomedicina de Sevilla (IBIS).
Los resultados de esta colaboración incluyen el diseño de tecnología específica y la participación en intervenciones pioneras de neurocirugía y cirugía fetal en el Hospital Universitario Virgen del Rocío, entre las que destacan la primera intervención de cirugía intrauterina abierta para corrección de la espina bífida realizada en Europa (2007) y las Cirugías y Procedimientos EXIT (Ex Utero Intrapartum Treatment) en el Programa de Medicina y Terapia Fetal, incluyendo la primera intervención de cirugía fetal para corrección de un epignatus gemelar realizada en España (2007), una intervención de separación de siamesas (2008) y otras. Estos programas continúan activos en la actualidad.
Recientemente, ha comenzado líneas de colaboración en tecnologías ópticas y divulgación científica con el Centro Astronómico Calar Alto (Almería) y el Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC (Granada). En 2018 fue galardonado con el Premio Institución Científica y de Investigación Carlomagno en reconocimiento a su labor científica e investigadora en temas relacionados con la salud.
Su actividad docente comprende más de 25 años de docencia universitaria en titulaciones de grado, master y doctorado. Ha codirigido tesis doctorales en temas fronterizos entre física, ingeniería y medicina y participa como invitado en diversos programas nacionales e internacionales. Asimimo, ha publicado 73 artículos en revistas de alto impacto. Sobresale de manera muy especial en el ámbito de la transferencia de conocimiento en Ingeniería Biomédica, con 33 patentes. Destaca a su vez de manera muy significativa que 27 de estas patentes han sido licenciadas.
Sus orígenes y sus comienzos en Sevilla
Para conocer más sobre Emilio Gómez González, tanto sus raíces en Sevilla como el comienzo de toda la dinámica multidisciplinar de la que forma parte, puede leerse la entrevista que en el año 2010 le hizo Juan Luis Pavón, antes de fundar Sevilla World. El titular define el talante de Emilio Gómez González como infatigable investigador para aportar soluciones al mundo: «El desarrollo de la ciencia aplicada a la salud no entiende de días festivos».
