Swinostics, el dispositivo para detectar enfermedades infecciosas en porcino

Investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC, por su sigla en inglés), están trabajando en el desarrollo de un nuevo dispositivo portátil de diagnóstico avanzado que permitirá detectar en apenas diez minutos y de una manera sencilla, analizando una muestra de saliva, posibles brotes de enfermedades infecciosas en granjas porcinas.

El desarrollo del equipo se enmarca dentro del proyecto europeo Swinostics (financiado por el programa Horizon 2020), en el que participa también la empresa valenciana Lumensia Sensors, entre otros socios.

Hasta la fecha, el tiempo que transcurre entre el brote inicial de la enfermedad y la confirmación de laboratorio del agente infeccioso puede ser de hasta varias semanas incluso meses, lo que conlleva un peligro tanto para la explotación ganadera, como de seguridad alimentaria y socioeconómico. “Este dispositivo permitirá tomar decisiones de forma muy rápida y prevenir una mayor propagación de la enfermedad”, explica Amadeu Griol, investigador del Centro de Tecnología Nanofotónica de la UPV.

“Actualmente ante la sospecha de un caso de riesgo, se toman muestras que se analizan en laboratorios especializados por personal cualificado. Esto hace que el diagnóstico se pueda retrasar semanas e incluso meses. Esto, junto con la marcada globalización en la que vivimos que hace que los agentes infecciosos traspasen fronteras, hacen necesario el desarrollo de nuevas herramientas de diagnóstico que permitan la detección rápida y eficaz en campo, es decir, en la misma granja”, subraya Griol.

El equipo se basa en la utilización de circuitos fotónicos integrados, una tecnología con grandes prestaciones, especialmente apta para el desarrollo de sistemas de biodetección. En combinación con anticuerpos monoclonales integrados –y sin necesidad de tomar muestra de sangre, pues basta con la saliva del animal– delatará la presencia de los agentes infecciosos causantes de las más importantes enfermedades que afectan a las granjas porcina (fiebre clásica, fiebre africana, gripe porcina, síndrome respiratorio y reproductivo porcino y parvovirus porcino) con una sensibilidad y especificidad hasta ahora inalcanzables.

De este modo, Swinostics permitirá actuar de una manera rápida y eficaz para atajar y minimizar los efectos negativos que causan la propagación de epidemias en las granjas porcinas y que originan daños económicos relevantes. “Proporcionará resultados en diez minutos para cinco muestras simultáneamente, lo que lo hace muy adecuado para el uso en campo sin necesidad de complejos análisis y personal cualificado”, remarca Amadeu Griol.

El dispositivo se basa en un circuito fotónico integrado basado en anillos resonantes fabricados en nitruro de silicio. Cada circuito dispone de varios anillos funcionalizados con anticuerpos específicos para la detección de las cinco enfermedades. “Cuando una sustancia extraña (antígeno), por ejemplo un virus, se inyecta en el cuerpo de un animal, su sistema inmune empezará a producir anticuerpos que se unirán a ese antígeno para bloquearlo. El dispositivo implementado en Swinostics hace uso de estos anticuerpos como elemento activo para la detección efectiva de los diferentes agentes infecciosos en el animal a analizar. Esto hace que los sistemas de detección basados en anticuerpos presenten una alta especificidad ante un determinado agente infeccioso. El término monoclonal se refiere a la forma de generar estos anticuerpos en laboratorio que consigue una gran homogeneidad”.

Así, la presencia del virus, al ser atrapado por el correspondiente anticuerpo, “produce un cambio en la respuesta resonante del anillo cuya detección confirma de manera inequívoca la infección. Esto reduce los falsos positivos de los métodos tradiciones basados en cultivos de células o en la detección de anticuerpos en sangre, que pueden corresponder a fases no activas de la enfermedad", explica Griol.

El circuito fotónico usado en Swinostics se basa “en el transporte de luz mediante unas guías fabricadas en nitruro de silicio. A estas guías se acoplan unos anillos, también fabricados en nitruro de silicio, que atrapan la luz cuya longitud de onda es un múltiplo entero de su circunferencia, es lo que conocemos como resonancias. Los anillos, a su vez, se funcionalizan con la parte bio, los anticuerpos monoclonales. Cuando el agente infeccioso está presente en la muestra tomada del animal, es atrapado por los anticuerpos, lo que produce un cambio en la resonancia del anillo. Monitorizando ese cambio, podemos saber la presencia del virus y su concentración”, especifica el investigador.

Este dispositivo presenta, además, otras ventajas como la sensibilidad y la especificidad: “El hecho de que la detección se base en anticuerpos monoclonales va a producir una alta especificidad, ya que el anticuerpo sólo va a reconocer a sus antígenos, reduciendo el número de falsos positivos respecto a los sistemas actuales basado en cultivos o detección de anticuerpos en sangre, que pueden coincidir con fases no activas de la enfermedad. Por otro lado, el uso de los anillos resonantes va a conseguir una alta sensibilidad, ya que sus características permite límites de detección de 10 ng/mL detection limit con una precisión de 5-8 ng/mL, lo que supone una clara mejora respecto a los sistemas actuales.

Así pues, ¿se podría considerar este dispositivo de bajo coste y de fácil uso? “Uno de los objetivos del proyecto es que el desarrollo del dispositivo lo sea. Para ello se prevé que el coste de producción de la plataforma de lectura no supere los 5.000 euros, mientras que el coste de producción por chip estará por debajo de 5 euros. Asimismo, la idea es que el sistema sea de fácil uso, pudiendo ser utilizado directamente por el propio granjero o el veterinario en la misma granja. En la fase de diseño se busca precisamente sistemas fáciles de conectar para hacerlos accesible a personal no cualificado”.

El Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia (NTC) es un Instituto Universitario de Investigación perteneciente a la Universitat Politècnica de València “con una clara vocación por la transferencia de tecnología a la industria y el desarrollo de la nanotecnología y la nanociencia. Dentro de sus líneas de investigación se encuentra el diseño y la fabricación de circuitos fotónicos integrados que cuentan con múltiples aplicaciones tanto en el campo de comunicaciones ópticas y transferencia de datos como en el sector de aplicaciones bio, como en el caso de Swinostics, para la detección de enfermedades y agentes infecciosos o también la presencia de contaminantes químicos peligrosos o alérgenos en alimentos”, expone Amadeu Griol.

Dentro del proyecto, el NTC se encarga de la fabricación y encapsulado de los circuitos fotónicos: “El dispositivo que se va a desarrollar en Swinostics consta de dos partes claramente diferenciadas, por un lado la plataforma de lectura y, por otro, el chip encargado de analizar la muestra. El centro de Tecnología Nanofotónica se encarga de la fabricación de estos chips fotónicos sobre los que se integrará la parte bioquímica y la etapa de microfluidica para el transporte de la muestra de saliva del animal. En resumen, el NTC se encarga de la fabricación del transductor fotónico”.

Esta fabricación se llevará a cabo en la sala limpia: “El NTC dispone de una sala limpia única en Europa con áreas de clase 10 (ISO 7) que quiere decir que el número de partículas presentes en el ambiente está reducido al mínimo. Además, la sala está equipada con los más modernos sistemas para la fabricación de chips fotónicos integrados, entre los que destacan los equipos de litografía por cañón de electrones que permiten conseguir resoluciones de nanómetros en la fabricación, evaporadoras de metal de alta precisión y equipos de ataque por plasma”.

Además, se emplearán equipos que permiten alta resolución en la fabricación basada en cañón de electrones y equipos de litografía ultravioleta combinado con atacadores de plasma.

Las enfermedades que afectan a la ganadería pueden llegar a tener un efecto devastador sobre la productividad y producción de las granjas, en el comercio de animales vivos, carne y otros productos animales y sobre la salud humana.

“Introducir mejoras en los sistemas de control, como el que propone el proyecto Swinostics, es la más efectiva respuesta a esta situación de alarma. Las recientes experiencias y crisis provocada por enfermedades de origen animal claramente son una señal sobre los beneficios de implantar políticas y herramientas para el control de la salud animal para salvaguardar la salud pública y asegurar la seguridad alimentaria”, destaca Amadeu Griol.

“Los efectos que puede tener la propagación de enfermedades en granjas pueden llegar a ser devastadores tanto desde un punto de vista sanitario como socioeconómico. De hecho, desde la Comisión Europea y organizaciones como la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) se aboga por la aplicación de nuevas políticas y herramientas, como la que se pretende implementar en Swinostics, para garantizar tanto el comercio seguro como la salud de los consumidores”, concluye.

Swinostics está coordinado por el Cyprus Research and Innovation Center (CyRIC) y cuenta con la participación de otros socios. “Swinostics es un proyecto altamente multidisciplinar en el que participan diez instituciones, tanto centros de investigación como empresas de seis estados europeos: Chipre, Italia, Grecia, Polonia, Hungría y España. En concreto, los participantes son CyRIC Ltd (Chipre), Agricultural University of Athens (Grecia), Kontor 46 SaS, Consiglio Nazionale delle Ricerche, ISS BioSense S.r.l., University of Florence-School of Agriculture (Italia), National Veterinary Research Institute (Polonia), University of Veterinary Medicine Budapest (Hungría), Lumensia Sensors S.L. y Universitat Politècnica de València-Nanophotonics Technology Center (España)”.