Un test rápido, barato y de altísima sensibilidad para diagnosticar la COVID-19 desde el primer día de la infección

Se trata de un biosensor que emplea nanofotónica, y que se usará en dos dispositivos: uno detectará proteínas del virus, otro, su material genético. Lechuga es la creadora de este tipo de nanobiosensores, por los que en 2016 fue galardonada con el Premio Física, Innovación y Tecnología de la Real Sociedad Española de Física (RSEF) y la Fundación BBVA. Cuenta además con gran experiencia en su puesta a punto para diversas patologías usando muestras clínicas.

Solo por eso han podido comprometerse a tener listos los biosensores para la COVID-19 en menos de un año, el tiempo de duración del proyecto. Este plazo incluye la validación con un número elevado de personas, un punto crítico, puesto que una de las causas de la baja sensibilidad de muchos de los tests rápidos actualmente en uso está en que han sido probados en relativamente pocos indivíduos.

El proyecto es uno de los seleccionados en la convocatoria rápida europea frente a la COVID-19, en el marco del Horizonte 2020. En él colaboran además la Universidad de Barcelona (UB), la Universidad Aix-Marsella (AMU, en Francia) y el Instituto Nacional de Enfermedades Infecciosas (INMI, en Italia).

Una de las técnicas más sensibles de la física

Proyecto CoNVaT / Ministerio de Ciencia a Innovación

El corazón del dispositivo, y lo que le proporciona su principal ventaja respecto a los demás tests diagnósticos existentes, es un chip en el que se implementa una de las técnicas de medición más sensibles de la física: la interferometría fotónica. Se basa en la idea de que un haz de luz sufre cambios pequeños, pero medibles, cuando se cruza con un objeto. En el chip del proyecto CoNVaT, los cambios en el haz de luz alertarán de la presencia del virus en la muestra.

El test que detectará proteínas del virus es lo que técnicamente se llama un ‘test de antígeno’. Podrá llevarse a cabo en centros de salud o en puntos de toma de muestras, por personal no especializado, y dará resultados en menos de treinta minutos. Se usarán seguramente muestras de saliva, aunque los investigadores aún lo están estudiando.

“La técnica es tan sensible que podrá detectar la presencia del virus desde el primer día de la infección”, explica Lechuga. “Y no solo dirá si el virus está o no, sino también en qué cantidad. Esto es importante porque da una idea de cómo de avanzada está la infección”.

‘Nanotrampa’ para el coronavirus

El dispositivo ocupará lo que una caja de zapatos, pero en su núcleo, donde tiene lugar la medición, todo ocurre a escala nanométrica, es decir, a dimensiones de millonésimas de milímetros. Se trata, en esencia, de una nanotrampa para proteínas. Los investigadores fijan sobre el chip proteínas diseñadas en el laboratorio específicamente para atrapar ciertas proteínas de la cubierta del virus; unas y otras encajan como llave y cerradura, de modo que las proteínas fijas sobre el chip son en realidad anzuelos de altísima especificidad -solo capturan las proteínas del virus-.

En el chip se han grabado además canales de unos nanómetros de grosor: por ellos pasa la luz. Estas guías forman un circuito con una única entrada, pero que se bifurca, de forma que solo una de las ramas pasa por la trampa de proteínas. Cuando ambos haces de luz se encuentran de nuevo se observa que el que ha interaccionado con las proteínas ha sufrido modificaciones, y es el análisis de estos cambios el que delata la presencia del virus, y en qué cantidad.

El dispositivo para detectar material genético del virus -ARN- se basa en el mismo principio, pero deberá realizarse en el laboratorio. Lechuga explica que su fin será sobre todo confirmar el resultado del primero. Será más rápido que el de PCR que se usa actualmente -menos de media hora frente a varias horas-, y no necesita de técnicos especializados -algo indispensable con la PCR-.

La biología es lo más difícil

“En este tipo de dispositivos la parte biológica es con mucho lo más complejo”, explica Lechuga. Anclar las proteínas al chip en el ángulo correcto, estabilizarlas para resistir movimiento, mantenerlas en un medio líquido… “son una treintena de pasos”.

Se trata de una tecnología muy sofisticada pero ya validada en la clínica. El Grupo de Biosensores y Aplicaciones Bioanalíticas del ICN2 que dirige Lechuga ha desarrollado, entre otros, nano-biosensores que detectan cáncer de colon precozmente en muestras de sangre, y también para tuberculosis y para casos de sepsis. “Una de las razones por las que hemos conseguido el proyecto ConVAT es que tenemos experiencia con muestras clínicas, que es realmente un mundo completamente distinto al del laboratorio”.

El grupo avanza rápido. Empezaron a trabajar hace unas tres semanas y acaban de recibir de sus colaboradores franceses las proteínas que encajan con las del virus. De la validación en pacientes, cuando el dispositivo esté concluido, se ocupará el grupo en Italia.

El objetivo, al finalizar el proyecto, es que una empresa se ocupe de escalar la tecnología para llevarla al mercado a un precio asequible. “Especialmente en una situación como la actual, trabajamos con la idea de que nuestro trabajo pueda llegar a todos, cuanto antes”, dice Lechuga.

Conjugar la ciencia de alta calidad con la transferencia tecnológica

Laura Lechuga Gómez (Sevilla, 1962) también ganó el Premio Física, Innovación y Tecnología de la Real Sociedad Española de Física (RSEF) y la Fundación BBVA por “conjugar la ciencia de alta calidad con el desarrollo de tecnologías productivas y su transferencia al sistema empresarial”, señala el acta.

Autora de más de 200 publicaciones muy citadas en la literatura científica, y de ocho familias de patentes nacionales e internacionales -siete de ellas transferidas a la industria-, sus nanobiosensores son el resultado de una forma de investigar muy interdisciplinar. Al principio de su carrera esto -recuerda ella- era considerado una rareza: “Me decían que para qué quería biólogos en un centro de física…”.

Igualmente atípico era otro de los rasgos definitorios de su trabajo: el deseo de estar en contacto con el ámbito industrial. “Muy al principio de trabajar en biosensores me contactó Tabacalera, y eso me hizo ver que lo que hacíamos realmente interesaba. Desde entonces siempre he querido desarrollar dispositivos que resuelvan problemas”, señala. “Pero sí, cuando yo empecé se consideraba inusual, no estaba muy bien visto en la comunidad investigadora, colaborar con la industria”.

Lechuga estudió Ciencias Químicas en la Universidad de Cádiz y se doctoró en la Universidad Complutense de Madrid (1992). Pasó los dos años posteriores al doctorado en la Universidad de Twente (Países Bajos) y después se incorporó al Centro Nacional de Microelectrónica, del CSIC, en Madrid, donde desde 2002 dirigió el departamento de Sensores y Biosensores. Los biosensores comenzaban entonces su desarrollo y ella se lo tomó como un desafío.

En 2008 se trasladó a Barcelona, donde dirige el Grupo de Biosensores y Aplicaciones Bioanáliticas, en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2). También es líder de grupo Networking Biomedical Research Center (CIBER). Desde 2012 es profesora adjunta en el Departamento de Física y Tecnología de la Universidad del Ártico (Noruega), y desde 2013 es profesora visitante distinguida en la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de la Universidad de Campinas (Brasil). Ha participado en más de 55 proyectos de investigación en su mayoría internacionales.