«Una fuerte inversión en fotónica nos ayudará a combatir las enfermedades infecciosas que matan a un número inimaginable de personas y nos preparará para futuras pandemias», dice el Dr. Jürgen Popp del Centro Leibniz de Fotónica en Investigación de Infecciones (LPI) que se está construyendo actualmente en Jena.
- La luz ofrece nuevas y prometedoras soluciones para combatir las enfermedades infecciosas que matan a millones de personas cada año.
- Se necesita una acción urgente de la UE y los gobiernos para invertir en tecnologías fotónicas
- Corea del Sur invierte 2.800 millones de euros al año, China 1.000 millones de euros, mientras que la inversión total de la UE es de 100 millones de euros anuales.
Una inversión adecuada nos preparará para la próxima pandemia
Al aprovechar la fotónica, tecnologías que se basan en la luz, estamos produciendo soluciones en campos tan variados como la agricultura de próxima generación, el medio ambiente, el transporte, la industria y la atención médica.
Las tecnologías de la luz son reconocidas como revolucionarias y beneficiosas para varios sectores: los automóviles sin conductor, las tecnologías 5G y ecológicas son posibles gracias a la generación, detección, manipulación, emisión, transmisión, modulación, procesamiento, conmutación, amplificación y detección de luz.
La amenaza de las enfermedades infecciosas y la resistencia a los antimicrobianos es solo un caso para ilustrar que ahora es el momento de comprometerse con una fuerte inversión en fotónica.
La inversión en fotónica es ahora más crucial que nunca. Rápida, limpia y precisa, la fotónica puede generar diagnósticos avanzados, monitoreo generalizado y aplicaciones innovadoras de salud electrónica que pueden detectar señales corporales, síntomas y enfermedades en etapas muy tempranas.
Detectando con Luz
El COVID-19 nos ha demostrado que nosotros, como especie en muchas regiones del mundo, no hemos estado preparados para una pandemia peligrosa. Las naciones de todo el mundo han carecido de la capacidad necesaria para realizar pruebas de detección de enfermedades infecciosas, lo que significa que las respuestas se han retrasado y no se han tomado las medidas adecuadas en los momentos adecuados.
Es en este período de tiempo crítico, la prueba y la respuesta inicial, que determina nuestra capacidad para controlar o responder adecuadamente a una amenaza. Y es en esta fase crucial donde la fotónica puede proporcionar soluciones únicas como ninguna otra tecnología debido a su velocidad y al rápido tiempo en que puede entregar información.
La fotónica puede brindar información instantánea sobre el estado de salud de un paciente para determinar si padece una afección causada por un virus o una bacteria. De hecho, uno de los puntos de venta únicos de las tecnologías de luz es que los resultados se pueden determinar in situ, in situ sin tener que enviar muestras a un laboratorio y esperar el análisis, todo lo cual puede llevar días o, a veces, semanas.
Enfermedades infecciosas
Las enfermedades infecciosas pueden tener varias causas, incluidas bacterias, virus, hongos o incluso parásitos, y pueden transmitirse de persona a persona o de animal a persona.
Hay muchas enfermedades infecciosas que representan un peligro para nuestra especie como el SIDA / VIH, la malaria, la tuberculosis, el SARS, el ébola o el zika. Esta grave amenaza requiere soluciones drásticas y urgentes y ha sido destacada por COVID-19 este año.
Con la pandemia mundial de 2020 causada por el SARS-CoV-2, COVID-19 se agregará a las tres enfermedades infecciosas que representan las diez principales causas de muerte en todo el mundo, incluidas las infecciones respiratorias inferiores, las enfermedades diarreicas y la tuberculosis.
Incluso antes del COVID-19, según la Organización Mundial de la Salud, la situación era peor en los países de bajos ingresos en 2018, con cinco enfermedades infecciosas: infecciones de las vías respiratorias inferiores, enfermedades diarreicas, VIH / SIDA, malaria, tuberculosis, siendo una de las principales causas de muerte entre los diez primeros.
Resistencia antimicrobiana
Declarada por la Organización Mundial de la Salud como una de las 10 principales amenazas a la salud pública mundial que enfrenta la humanidad, la resistencia a los antimicrobianos (RAM) representa una seria amenaza para la humanidad. Los antimicrobianos, que incluyen antibióticos, antivirales, antifúngicos y antiparasitarios, son medicamentos que se utilizan para prevenir y tratar infecciones y enfermedades infecciosas.
La RAM se produce cuando las bacterias, los virus, los hongos y los parásitos cambian con el tiempo y ya no responden a los medicamentos, lo que dificulta el tratamiento de las infecciones y aumenta el riesgo de propagación de enfermedades, enfermedades graves y muerte. Actualmente, la OMS estima que 10 millones de personas podrían morir de infecciones resistentes a los antimicrobianos (RAM) en todo el mundo para 2050 si la situación de la prescripción o el tratamiento no cambia fundamentalmente.
Para hacer frente a futuras pandemias, los médicos y los profesionales de la salud deberán estar equipados con herramientas especializadas de próxima generación que brinden información de diagnóstico instantáneo que sea económica y fácil de implementar y que deba operar en un punto de atención para el paciente.
Proyectos de fotónica que abordan actualmente enfermedades infecciosas
En el momento de redactar este documento, en Europa, la Asociación Público Privada de Photonics está financiando muchos proyectos de investigación para desarrollar herramientas y técnicas para el diagnóstico de infecciones. El consorcio CoNVat, por ejemplo, está desarrollando un sensor láser ultrasensible que detecta el coronavirus en el punto más temprano de infección de una saliva o un hisopo nasal en minutos.
Desarrollado originalmente para buscar infecciones bacterianas o biomarcadores de cáncer, el nuevo detector ultrasensible utiliza fotónica para detectar infecciones en pacientes con una pequeña cantidad del virus y diagnosticará en tiempo real con alta especificidad a partir de una muestra de baja concentración.
Al observar moléculas diminutas, el nuevo detector de punto de atención examina los antígenos del virus utilizando chips miniaturizados, o ‘biosensores nanofotónicos’, de un simple hisopo nasal o de saliva.
De manera similar, el consorcio RAIS está haciendo un esfuerzo audaz para reducir la tasa de mortalidad por sepsis en más del 70% con su nuevo detector que usa fotónica para identificar la bacteria E.coli a partir de una pequeña gota de sangre, produciendo un diagnóstico mientras espera menos de treinta minutos
Programado para detectar proteínas y E. coli, una de las bacterias mortales que pueden hacer que el cuerpo humano entre en shock séptico, el detector usa luz para buscar biomarcadores específicos (los signos reveladores o un indicador de una enfermedad) que son tan pequeños como unos pocos nanómetros de tamaño, o 1 / 1.000.000 del grosor de un solo cabello humano.
El detector rápido de «micromatrices» examina una pequeña muestra de sangre extraída del dedo pulgar o índice. Luego, la muestra de sangre del paciente se separa en una centrífuga para que un médico pueda examinar el plasma, la parte de la muestra de sangre donde se encuentran todas las proteínas.
Proyectos que utilizan espectroscopia e imágenes para avanzar en el diagnóstico rápido de infecciones y sepsis
Se ha investigado un poderoso método para el diagnóstico de infecciones y sepsis dentro del proyecto financiado con fondos europeos «HemoSpec». A partir de una pequeña cantidad de sangre del paciente, el algoritmo fotónico puede diferenciar a los pacientes con inflamación estéril, infección y sepsis con gran precisión. El algoritmo se basa en información valiosa del estado de activación de los leucocitos que se puede extraer de forma no destructiva y sin marcaje mediante espectroscopía Raman. Actualmente, la tecnología se está traduciendo junto con la industria.
Con el fin de sentar las bases para una futura aplicación descentralizada de tecnologías biofotónicas como la espectroscopia Raman como una nueva herramienta de diagnóstico en hospitales y consultorios médicos, la acción COST de la UE «Raman4Clinics» reunió a espectroscopistas, médicos y fabricantes de dispositivos de toda Europa para realizar un estudio de laboratorio a gran escala. Este estudio evaluó la comparabilidad de las configuraciones espectroscópicas Raman de 35 dispositivos espectroscópicos Raman con diferentes configuraciones en 15 institutos de siete países europeos. El análisis de datos estadísticos desempeñó un papel importante para lograr la comparabilidad.
La Unión Europea está financiando actualmente a la UE la Red de formación innovadora (ITN) «IMAGE-IN: Imaging Infections» dentro de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA) para educar a la próxima generación de científicos que pueden avanzar activamente en la tecnología de imágenes para aplicaciones médicas, en particular, desarrollar un nuevo método basado en fotónica para el diagnóstico rápido de infecciones difíciles de tratar, pero también para el seguimiento del tratamiento no invasivo.
En otros proyectos financiados a nivel nacional, los espectroscopistas avanzan en estrecha colaboración con médicos e investigadores de ciencias en vivo métodos ópticos-espectroscópicos para pruebas rápidas de susceptibilidad a antibióticos (AST). El objetivo es revelar el patógeno bacteriano causante de la infección y su antibiograma en tres horas directamente a partir de una cantidad mínima de la muestra del paciente. Idealmente, la muestra del paciente es de fácil acceso, como la orina o la sangre de un paciente.
El proyecto de investigación conjunta ReHwIN se centra en las infecciones nosocomiales del tracto urinario que representan hasta el 30 por ciento de todas las infecciones nosocomiales en Alemania. El sistema de análisis fotónico final combinará el procesamiento de microfluidos de una muestra de orina con una plataforma de lectura espectroscópica Raman miniaturizada y sensible y análisis de datos con inteligencia artificial. El proyecto InfectoXplore aborda las infecciones del torrente sanguíneo que están asociadas con altas tasas de morbilidad y mortalidad y requieren una terapia rápida; de lo contrario, pueden provocar sepsis. Dentro de InfectoXplore, se analizarán hemocultivos positivos y se desarrollará un algoritmo de diagnóstico basado en fotónica dirigido y personalizado que permite una terapia antibiótica personalizada lo más rápido posible.
Aumento de la financiación
Si bien Europa tiene una gran cantidad de investigadores que trabajan en técnicas fotónicas de vanguardia, no podemos simplemente dormirnos en los laureles. Necesitamos asegurarnos de estar preparados contra la próxima pandemia con un compromiso colectivo de financiar la fotónica.
La fotónica es una industria global que se prevé tendrá un valor asombroso de 696 ($ 829) mil millones de euros para el 2025. En algunas partes del mundo, se reconoce que la fotónica tiene un enorme potencial y apalancamiento. El gobierno central de China aumentó su inversión en fotónica cada año en un 40%, hasta alcanzar los mil millones de euros en 2020, mientras que el gasto del gobierno de Corea del Sur en fotónica aumentó a 2.8 mil millones de euros al año. Si bien estas cifras suenan impresionantes, debemos reconocer que la UE solo compromete € 100 millones en fotónica cada año, una décima parte del equivalente de China.
Recientemente, tres de los científicos más eminentes del mundo criticaron la intención de la Comisión Europea de recortar drásticamente la financiación de la fotónica durante los próximos siete años. En una carta abierta a la Comisión Europea, los premios Nobel criticaron la decisión de hacer una reducción del 30% en el apoyo financiero de la Comisión Europea para una futura Asociación de Fotónica 2021-2027 en Horizonte Europa.
La innovación digital que impulsa el crecimiento económico y crea puestos de trabajo en toda Europa, así como la atención médica crítica, estará en riesgo si se recorta drásticamente el presupuesto para financiar las tecnologías habilitadoras en la financiación de la fotónica.
En resumen, la fotónica es un facilitador clave para una gran cantidad de desarrollos tecnológicos de próxima generación, así como para que la humanidad monte una respuesta adecuada a futuras pandemias y crisis de salud. En lugar de estancarse, los legisladores deberían reconocer la amenaza de las pandemias (que son causadas por enfermedades infecciosas) y cómo una financiación adecuada de la fotónica puede prepararnos para un brote futuro.
En aras de defendernos contra futuras pandemias, ahora es el momento de comprometernos con un programa de fuerte inversión en fotónica.
La siguiente infografía muestra las herramientas y los nuevos métodos que los investigadores europeos en fotónica están desarrollando para combatir enfermedades infecciosas que detectan rápidamente virus, bacterias y hongos con tecnologías de luz de vanguardia:
