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Computación

Cómo detectar los patógenos en los aviones antes de que sea demasiado tarde

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Un nuevo estudio sugiere que los detectores de partículas individuales se deberían utilizar para ayudar a controlar las pandemias.

  • por Brittany Sauser | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 19 Mayo, 2009

Cada año se estima que 600 millones de pasajeros toman un vuelo en Estados Unidos, y de ellos apenas 350.000 son viajeros internacionales, según las Estadísticas de la Oficina de Transporte. Esto hace que las aerolíneas sean muy vulnerables ante la contaminación biológica y convierte la propagación de las enfermedades en una seria amenaza.

Un grupo de investigadores de MITRE Corporation acaba de llevar a cabo un estudio que, por primera vez, se centra en la distribución de partículas exhaladas para así poder entender mejor cómo se propagan los patógenos en el aire de las cabinas del avión, así como la mejor forma de detectar aquellas partículas que pudieran portar un virus.

“Lo más importante es que si lo que queremos es poder detectar los virus que se exhalan con el aliento, necesitamos usar un biosensor que pueda detectar partículas individuales,” afirma Grace Hwang, investigador principal del estudio y científico de biosensores en MITRE. “La mayoría de los biosensores disponibles en el mercado necesitan 10 millones de virus antes de poder informar a un usuario de que el virus ha sido cogido, y normalmente los diagnósticos tardan entre tres y cuatro horas.” Esto resulta un problema, añade Hwang, puesto que la mayoría de los virus se encuentran en concentraciones pequeñas cuando salen de la persona infectada, y muchos vuelos no duran más de 90 minutos.

Además, los investigadores lograron determinar que la mayoría de las partículas se quedaban suspendidas en el aire de los pasillos, así que a la hora de reservar un vuelo es mejor elegir el asiento de la ventana, afirma Michael Harkin, miembro del equipo del MITRE, y que presentó el estudio en la Conferencia sobre Tecnologías para la Seguridad Nacional IEEE 2009. Las partículas tampoco viajan fuera de la fila contaminada, y si lo hacen es a través de la misma fila. Anteriormente se pensaba que los contaminantes se movían desde el frente hasta la parte de atrás, o desde atrás hacia delante. “Dentro de la fila contaminada, hubo una exposición mínima con la fila de enfrente, así como con el pasajero de la ventana,” afirma Harkin. Por tanto, los investigadores concluyeron que los biosensores se podrían colocar en los techos de las cabinas, aproximadamente uno cada cuatro filas.

“Nuestro objetivo es capturar los casos de infección que llegan a los Estados Unidos antes de que la gente empiece a mostrar síntomas,” señala Hwang. “Esto nos daría tiempo para defendernos ante la expansión de pandemias, y los beneficios económicos serían enormes.”

La necesidad de uso de este tipo de sensores se hizo evidente en 2003 durante el brote del Síndrome Respiratorio Agudo Severo (SARS, en inglés), que se originó en un vuelo de Air China desde Hong Kong a Beijing, se extendió a 18 países, y acabó con la vida de 774 personas. La economía de Asia sufrió pérdidas por 11.000 millones de dólares. “Si dispusiéramos del dispositivo apropiado para detectar patógenos en los aviones, lo cual resulta un reto enorme, entonces estaríamos preparados para cualquier brote,” afirma Byron Jones, decano asociado de investigación y programas para graduados en la Univesidad del Estado de Kansas, y director de la estación de experimentos de ingeniería de dicho centro. “Hemos visto cómo se extendía la gripe porcina, y aunque ha resultado ser una enfermedad leve, si ocurriera algo tan mortal y contagioso como la fiebre tifoidea la cosa cambiaría bastante.” Jones también es parte de un equipo de expertos en el Centro para la Excelencia en el Transporte Aéreo y se dedica al análisis de la salud dentro de los aviones.

El primer caso de H1N1 ocurrió en abril, y desde entonces se han dado cerca de 80.000 vuelos dentro de Norteamérica. Sólo uno de esos vuelos está bajo investigación. El riesgo de contraer el H1N1 en un avión es muy reducido pero está presente, anãde Mark Gendreau, médico con más antigüedad y viceconsejero de medicina de emergencia en la Clínica Lahey, en Burlington, Massachussets, así como profesor asociado de medicina de emergencia en la Escuela de Medicina de la Universidad de Tufts, en Boston.

Para llevar a cabo el estudio, los investigadores de MITRE utilizaron un modelo de dinámica de fluidos computacional para investigar las condiciones de estornudo y tos extremas de siete pasajeros a los que se denominó “súper contagiadores.” (Los súper contagiadores tosen y estornudan a un ritmo de 50 veces por hora.) El software modeló el sistema de ventilación de la cabina de un Boeing 767, tal y como lo han hecho muchos estudios anteriores para así determinar el mejor lugar donde colocar los sensores. Sin embargo, esto no nos informa acerca del número de partículas que se exhalan, afirma Hwang. Los investigadores hallaron el volumen de fluido en la saliva y lo dividieron por el número de partículas en un estornudo y una tos para así calcular los patrones de distribución de dichas partículas. Todo esto, junto a los datos del modelo de dinámica de fluidos computacional, permitió a los investigadores calcular el número de particular que se podían colectar, según informa Hwang.

Los investigadores descubrieron que la contaminación viaja más rápido tras los estornudos que con los casos de tos, y que las partículas de los dos pasajeros situados en la ventanilla salieron rápidamente por los conductos de ventilación y circularon en mayor número por la cabina. Por el contrario, las partículas de los tres pasajeros en las filas del centro se quedaron suspendidas y no fueron transportadas de forma tan efectiva como las partículas exhaladas por los pasajeros en las ventanas.

Durante el estudio, los investigadores supusieron que tenían aproximadamente 90 minutos para detectar el virus. Esa es la cantidad de tiempo que lleva viajar desde San Francisco hasta Vancouver—un vuelo que a menudo lleva a pasajeros que acaban de aterrizar desde Asia.

Gendreau advierte que mientras que para el estudio se utilizó unas técnicas de modelado muy sofisticadas, los investigadores acabaron haciendo suposiciones acerca de los siete súper contagiadores: “No sabemos bien las características de los súper contagiadores.” Sin embargo, el Centro para el Control de Enfermedades está invirtiendo mucho dinero para lograr adquirir más conocimientos a este respecto y, según Gendreau, el estudio de MITRE es un buen comienzo.

Los investigadores de MITRE también determinaron que para detectar la presencia de los virus se necesitan biosensores ultrasensibles. “Las partículas son pequeñas y están muy dispersas, por lo que el proceso de detección se debe hacer a nivel individual de cada partícula,” afirma Harkin. En la actualidad no existen biosensores comerciales que sean capaz de hacer algo así. Hwang y los investigadores de la Universidad de California, en San Diego, están construyendo un nuevo biosensor polaritón plasmónico de superficie capaz de analizar moléculas individuales en el laboratorio. El sensor utiliza un sustrato plasmónico con una superficie de oro que está perforada con agujeros de un nanómetro de ancho. Dentro de cada agujero se coloca una glicoproteína, y los investigadores hicieron un seguimiento de la resonancia de los fotones que se transmites a través de los agujeros dorados nanométricos. Cuando un patógeno como el H1N1 o el H1N5 se une a la glicoproteína, la resonancia cambia. El estudio se publicó en Nature a principios de este año.

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