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En los últimos días, la revista Nature Nanotechnology publicaba una investigación coliderada por Eduardo Gil Santos, investigador ComFuturo, que abre la puerta a lograr futuros dispositivos que puedan detectar, de forma universal, a gran escala y con alta sensibilidad, la presencia de cualquier virus o bacteria en una muestra. Madrí+d habla con él sobre este hito.
Eres investigador de la segunda edición del Programa ComFuturo de la Fundación General CSIC en el Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC. ¿En qué líneas de investigación estás trabajando con la ayuda de este programa?
Mi proyecto trata de desarrollar sensores biológicos basados en resonadores optomecánicos. En concreto, queremos aplicarlos al diagnóstico de enfermedades infecciosas. Los dispositivos que desarrollamos serán capaces de detectar e identificar todo tipo de bacterias y virus. En este momento, el proyecto se encuentra en una fase inicial, en la cual estamos adquiriendo un mayor conocimiento acerca de estos microorganismos. Los resonadores optomecánicos permiten caracterizar con gran precisión sus propiedades ópticas y mecánicas como, por ejemplo, su índice de refracción y su masa, entre otras muchas. Queremos crear una base de datos que recoja las propiedades de estos microorganismos. En una segunda fase, gracias a esta base de datos, podremos utilizar los resonadores optomecánicos para detectar la presencia de cualquiera de estos microorganismos e identificarlos con una gran fiabilidad. La tecnología que estamos desarrollando permitirá diagnosticar a los pacientes que sufran una infección de forma mucho más rápida y eficaz que las técnicas actuales.
¿Dónde radica la importancia del trabajo publicado hace unos días en la revista Nature Nanotechnology?
Hay varios aspectos muy novedosos en nuestro trabajo. En primer lugar, hemos demostrado que las bacterias poseen modos mecánicos de vibración. En los últimos años, se habían intentado detectar estos modos utilizando diferentes técnicas basadas en dispersión óptica, pero hasta el momento, nadie lo había logrado. Probablemente, tras este trabajo, estas técnicas ópticas se desarrollarán aún más para verificar nuestros resultados. En cualquier caso, las técnicas ópticas quizás puedan proporcionar valores medios de muchos microorganismos, pero nosotros hemos logrado detectar los modos de vibración a nivel de una única entidad, lo cual supone una gran ventaja.
Es importante destacar en este punto, que las frecuencias de los modos mecánicos de vibración de cualquier tipo de estructura, están determinadas por su forma, su tamaño y sus propiedades mecánicas. Por lo tanto, mediante la detección de los modos de vibración de las bacterias y los virus podremos identificarlos de forma unívoca. Nuestro descubrimiento abre la puerta al desarrollo de una nueva técnica, la espectroscopía mecánica, que permitirá identificar todo tipo de micro y nanoentidades a través de la detección de sus modos mecánicos de vibración.
¿Cómo se consiguen detectar las vibraciones de las bacterias?
El método consiste en acoplar las vibraciones mecánicas de las bacterias a las de un resonador optomecánico que actúa como sensor. En física, es muy conocido que, al acoplar resonadores idénticos, el sistema acoplado posee modos colectivos de vibración. Aquí, aprovechamos un nuevo régimen de acoplamiento mecánico que consiste en acoplar dos resonadores muy diferentes: un resonador optomecánico (sensor) y una bacteria (analito). Para que los modos de vibración se acoplen es imprescindible que sus frecuencias de resonancia sean muy similares. En este punto, es importante destacar que las frecuencias de vibración de las bacterias son extremadamente altas, realizando miles de millones de oscilaciones por segundo. Por este motivo, una de las claves que nos ha permitido lograr este hito ha sido utilizar resonadores optomecánicos. La optomecánica permite detectar vibraciones muy pequeñas, incluso menores que el tamaño de un átomo, a frecuencias ultra altas, en el mismo régimen que las de las bacterias y los virus.
¿En qué aspectos mejora esta técnica a las ya existentes?
Hoy en día, las técnicas utilizadas en el diagnóstico de enfermedades infecciosas son dirigidas a un tipo concreto de bacteria o virus. El protocolo habitual que siguen los doctores cuando un paciente sufre una infección consiste en lo siguiente: basándose en los síntomas que presenta el paciente, junto con otros datos importantes acerca de él, como puede ser qué países ha visitado recientemente, los doctores deben intuir qué tipo de bacteria o virus está causando la infección, para realizar pruebas que confirmen la presencia de esos microorganismos en concreto. El problema es que hay muchos casos en los que sus sospechas no se confirman y deben realizar nuevas pruebas. Hay que tener en cuenta que hay muchísimos tipos de bacterias y virus, por lo que esta tarea no es, para nada, sencilla. En ocasiones, el diagnostico se retrasa demasiado y el paciente no recibe un tratamiento adecuado a tiempo. La tecnología que estamos desarrollando, la espectrometría mecánica, será una técnica “universal”, es decir, un mismo sensor podrá detectar cualquier tipo de bacteria o virus, e identificarlo de forma unívoca.
