El láser que nos puede salvar de la próxima pandemia detecta las moléculas de tu aliento

Hace ahora cinco años vivíamos, sin saberlo, unas semanas decisivas. Mientras mirábamos de reojo las confusas noticias procedentes de China y, después, asistíamos con incredulidad a las primeras medidas drásticas que se tomaban en Italia; el covid ya se estaba propagando en nuestras oficinas, en nuestros bares o en el transporte público. En un abrir y cerrar de ojos, llegaron el confinamiento y las escalofriantes cifras de cientos de muertos diarios. La catástrofe sobrevino porque el enemigo se había infiltrado en nuestras vidas mucho antes de ser detectado.

Si en aquellos momentos de incertidumbre alguien nos hubiera contado que una tecnología podía detectar la presencia en el aire de cualquier molécula, incluido el virus SARS-CoV-2, nos habría parecido ciencia ficción. Apenas un lustro después, esa tecnología ya existe y, de hecho, tiene un abanico de aplicaciones mucho más amplio y sorprendente. La revista Nature ha publicado recientemente un artículo que explica en detalle cómo un nuevo sistema láser puede identificar lo que contiene cualquier muestra gaseosa. El mismo equipo de científicos de la Universidad de Colorado en Boulder (EEUU) ya lo ha empleado para diagnosticar a personas con covid con solo analizar su aliento.

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Los autores de la investigación han desarrollado un nuevo dispositivo basado en tecnología láser que es capaz de identificar cualquier tipo de elemento en muestras gaseosas incluso cuando su concentración es increíblemente baja (del orden de partes por billón) y su diseño, aseguran, es simple y de bajo coste. La clave está en utilizar herramientas técnicas conocidas, pero “unidas mediante un algoritmo de cálculo inteligente”, según Qizhong Liang, científico del instituto de investigación JILA de la Universidad de Colorado en Boulder y autor principal del trabajo.

Todo está en la luz

Esta nueva tecnología, liderada por el equipo del físico chino Jun Ye en el JILA, recoge el trabajo de Jan Hall, investigador de este mismo centro que ganó el premio Nobel de Física en 2005 por “el desarrollo de la espectroscopia de precisión basada en láser”. Su investigación permitió diseñar un tipo de láseres distinto al tradicional, ya que podían emitir pulsos de luz en miles o millones de colores al mismo tiempo. Curiosamente, se inventaron para los relojes atómicos ópticos, pero los expertos se dieron cuenta de que tenían un enorme potencial para la detección molecular. En las muestras gaseosas, las moléculas absorben la luz a diferentes frecuencias y dejan una especie “huella digital” característica de cada compuesto.

Esta tecnología láser se conoce como “peine de frecuencias” y es “de las mejores herramientas de precisión que tenemos hoy en día”, afirma en declaraciones a El Confidencial Carlos Hernández, físico del Grupo de Investigación en Aplicaciones Láser y Fotónica de la Universidad de Salamanca (ALF-USAL) y director de la Unidad de Excelencia en Luz y Materia Estructuradas (Lumes). En concreto, “permite generar muchas frecuencias que se pueden hacer pasar por distintos materiales, como si fuera un peine, y observar cómo se modifica”.

El problema es que, en un principio, la aplicación práctica era demasiado complicada, porque la señal era muy tenue. Para detectar moléculas en bajas concentraciones, estos láseres debían atravesar la muestra a distancias de kilómetros. La solución pasó por hacer rebotar los láseres entre espejos varios miles de veces para aumentar la longitud de la trayectoria de absorción de las moléculas. “En el centro está la muestra que quieres estudiar y, al pasar muchas veces por ella, amplificas el efecto hasta detectar lo que hay”, comenta el experto español, que también ha trabajado en Boulder y colabora habitualmente con otros grupos de la Universidad de Colorado en investigación láser.

Sin embargo, la aplicación de esta tecnología aún presentaba muchas dificultades técnicas, ya que hasta ahora solo permitía detectar un rango muy estrecho de moléculas en cada prueba. Ahora, en el nuevo trabajo publicado en Nature, los científicos estadounidenses han logrado superar todos los desafíos perfeccionando la técnica y usando sofisticados algoritmos que determinan mejor el contenido de las muestras. “Utilizan una cavidad óptica muy bien sintonizada y con unas frecuencias tan precisas que son capaces de amplificar el efecto del aliento en la señal láser”, apunta Hernández.

Exhalar para diagnosticar

El resultado es un detector que ya aplican con éxito. Entre otras cosas, han demostrado que pueden detectar diferentes tipos de bacterias presentes en la boca. Además, los autores aseguran que esta tecnología también sería útil para identificar rápidamente problemas de salud tan diversos como el cáncer de pulmón, la diabetes o la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). “El aliento exhalado es una de las muestras más difíciles de medir, pero caracterizar sus composiciones moleculares es muy importante por su gran potencial para el diagnóstico médico”, según Apoorva Bisht, coautora de la investigación.

Los científicos ya están colaborando con el Hospital Infantil de Colorado para distinguir muestras de niños con neumonía de otras tomadas de niños con asma. Asimismo, están trabajando con otros investigadores médicos en el ámbito del cáncer de pulmón y la EPOC. El objetivo es “validar nuestro enfoque en sujetos humanos del mundo real”, según Ye. “Estamos comprometidos con desarrollar todo el potencial de esta técnica para el diagnóstico médico”, añade.

En realidad, el sistema láser desarrollado podría tener un enorme abanico de utilidades, porque es capaz de delatar la presencia de cualquier sustancia. “Los átomos y las moléculas emiten y absorben luz”, explica Ye, “y la luz es la herramienta que nos permite comunicarnos con el mundo microscópico”. El nuevo dispositivo láser podría adaptarse a la detección de las emisiones de una fábrica, por ejemplo. Sin embargo, la gran apuesta de los autores se centra en la medicina, porque en este ámbito puede ser una innovación mucho más relevante.

El salto a la aplicación

En cualquier caso, entre la disponibilidad de la tecnología y su uso en el mundo real puede haber un abismo. De hecho, los expertos consideran que después de cinco años pocas cosas sustanciales han cambiado en nuestra preparación para una hipotética nueva pandemia. “No hemos avanzado en nada”, afirma de forma rotunda el epidemiólogo Joan Carles March, profesor de la Escuela Andaluza de Salud Pública. Aunque el covid impulsó una gran cantidad de proyectos tecnológicos relacionados con la prevención, todo parece haberse quedado en los laboratorios.

Por ejemplo, una de las ideas más sencillas y asequibles era medir la cantidad de CO₂ en el aire como forma indirecta de detectar el peligro de concentración de virus. No hace mucho parecía que esta medida estaba destinada a implementarse de forma generalizada, desde escuelas hasta establecimientos públicos. Sin embargo, en la actualidad, “ya ni siquiera se habla de la importancia de la ventilación, y mucho menos de realizar mediciones”. En el fondo, una vez que hemos dejado atrás la pandemia “no hay conciencia” de que este tipo de medidas puedan ser de ayuda.

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La invención de la Universidad de Colorado podría ser muy relevante en salud pública, reconoce March, pero, en la actualidad, “es más fácil pensar en que llegue al mercado un nuevo medicamento que un medidor tecnológico”. Incluso si la herramienta es fácil de aplicar, sencilla y útil, las autoridades sanitarias no suelen apostar por este tipo de innovaciones ni la sociedad las reclama si no existe una alarma como la del covid, según el experto. “La evidencia científica no es suficiente, y menos con las cuestiones tecnológicas, porque se le ve menos aplicabilidad”, asegura. Para la sociedad y para las administraciones, este tipo de desarrollos pasan a un segundo plano “cuando la preocupación ha desaparecido del mapa”, lamenta.