Los científicos buscan las mejores lámparas UV para eliminar los coronavirus

La colaboración de investigación entre el NIST y el DHS revela qué longitudes de onda de la luz ultravioleta son más eficaces para desinfectar el virus del COVID-19. Para desinfectar una superficie, puede exponerla a la luz ultravioleta (UV), que tiene una longitud de onda más corta que la luz azul visible. Pero para inactivar específicamente el SARS-CoV-2 (el virus que causa el COVID-19), ¿qué longitud de onda es la mejor? ¿Y cuánta radiación es suficiente?

Para responder a estas preguntas, los científicos deben superar dos obstáculos principales. En primer lugar, necesitan separar completamente el virus de las sustancias irrelevantes del entorno. En segundo lugar, deben irradiar el virus con luz ultravioleta de una sola longitud de onda a la vez, minimizando los cambios en la configuración experimental entre las pruebas.

Un estudio reciente superó ambos obstáculos, completando lo que podría ser la prueba más exhaustiva hasta la fecha sobre cómo varias longitudes de onda diferentes de luz ultravioleta y visible afectan al SARS-CoV-2. Este estudio fue una colaboración entre el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Centro Nacional de Análisis y Contramedidas de Biodefensa (NBACC), un laboratorio de la Dirección de Ciencia y Tecnología del Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. (DHS).

En un nuevo artículo publicado recientemente en la revista Applied Optics, los colaboradores describen un sistema novedoso que proyecta luz de una sola longitud de onda sobre muestras del virus COVID-19 en un laboratorio seguro. El laboratorio está clasificado como Nivel de Bioseguridad 3 (BSL-3) y está diseñado para estudiar microorganismos que pueden ser mortales si se inhalan. Sus experimentos probaron más longitudes de onda de luz ultravioleta y visible que cualquier otro estudio sobre el virus que causa el COVID-19 hasta la fecha.

Fotos del montaje. Izquierda: Primer plano del interior de la caja que contiene el sistema de acoplamiento láser a fibra. Centro: Sistema láser en el pasillo fuera de la puerta del BSL-3. Derecha: Primer plano del montaje experimental dentro del BSL-3, incluida la sala donde se colocan las muestras de SARS-CoV-2. Fuente: NIST

Entonces, ¿tiene el SARS-CoV-2 alguna debilidad especial? Resulta que no realmente. El virus SARS-CoV-2 es susceptible a la luz ultravioleta en las mismas longitudes de onda que otros virus, como los que causan la gripe. Las longitudes de onda más eficaces se encuentran en el rango "UVC", entre 222 y 280 nanómetros (nm). La luz UVC (rango completo de 200 a 280 nm) tiene longitudes de onda más cortas que la luz UVB (280 a 315 nm), que provoca quemaduras solares.

Los científicos también han demostrado que el entorno circundante puede proteger a los virus. En los experimentos, la dosis de UV necesaria cuando los virus se colocaban en agua pura era menor que cuando se colocaban en saliva simulada, que contiene sales, proteínas y otras sustancias presentes en la saliva humana real. Suspender los virus en saliva simulada crea un escenario similar a las situaciones del mundo real que implican estornudos y tos . Este detalle puede hacer que los resultados sean más directamente informativos que los de estudios anteriores.

Michael Schuit, del NBACC, dijo: "Creo que una gran contribución de este estudio es que pudimos demostrar que los resultados idealizados que observamos en la mayoría de los estudios no siempre predicen lo que ocurre en condiciones más realistas. Cuando hay sustancias como saliva simulada alrededor de los virus, esto puede reducir la eficacia de los métodos de purificación por UV."

Los fabricantes y organismos reguladores de equipos de desinfección UV pueden utilizar estos resultados para ayudar a determinar durante cuánto tiempo deben irradiarse las superficies en instalaciones sanitarias, vehículos de transporte e incluso líquidos para lograr la inactivación del virus SARS-CoV-2.

"Ahora hay un gran impulso para llevar la desinfección ultravioleta al entorno comercial", afirma el investigador del NIST Cameron Miller. "A largo plazo, se espera que esta investigación conduzca a normas y otros métodos para medir la dosis de UV necesaria para inactivar el SARS-CoV-2 y otros virus dañinos."

Este proyecto se basa en el trabajo anterior del equipo de NIST y otro colaborador sobre la inactivación de microorganismos en el agua.

Dependiendo de la longitud de onda, la luz ultravioleta daña a los patógenos de diferentes maneras. Algunas longitudes de onda pueden destruir el ARN o el ADN de los microorganismos, impidiendo su replicación. Otras longitudes de onda pueden descomponer las proteínas, destruyendo el propio virus.

Aunque la capacidad desinfectante de la luz ultravioleta se conoce desde hace más de un siglo, la investigación sobre la desinfección UV ha experimentado un crecimiento explosivo en la última década. Una de las razones es que las fuentes de luz UV tradicionales a veces contienen sustancias tóxicas como el mercurio. Recientemente, el uso de lámparas LED no tóxicas como fuentes de luz UV ha aliviado algunas de estas preocupaciones.

En este estudio, los colaboradores del NIST trabajaron con biólogos del NBACC, cuya investigación sirve de referencia para los programas de biodefensa frente a amenazas biológicas como el ántrax y el virus del Ébola.

"Lo que puede hacer el NBACC es cultivar el virus, concentrarlo y eliminar todo lo demás", dijo Miller. "Intentamos obtener un mensaje claro sobre cuánta luz necesitamos para inactivar el virus SARS-CoV-2."

En este estudio, el equipo probó el virus en diferentes suspensiones. Además de utilizar un simulante de saliva, los científicos también colocaron el virus en agua para ver qué ocurría en un entorno "puro". Probaron las suspensiones virales como líquidos y como gotas secas sobre superficies de acero, lo que representa otras sustancias que una persona infectada podría producir al estornudar o toser.

El trabajo del NIST consiste en exponer muestras a luz ultravioleta de láseres. Están buscando la dosis necesaria para eliminar el 90 % de los virus.

Con este dispositivo, el proyecto colaborativo puede medir las respuestas virales a 16 longitudes de onda diferentes, desde el extremo inferior de la luz ultravioleta, es decir, 222 nm, hasta la parte media del espectro visible, es decir, 488 nm. Los investigadores incluyeron longitudes de onda más largas porque se ha demostrado que cierta luz azul tiene propiedades desinfectantes.

Iluminar una muestra con un láser en un laboratorio seguro no es tarea fácil. Los investigadores en laboratorios de nivel de bioseguridad 3 (BSL-3) usan trajes especiales y capuchas con respiradores. Para salir del laboratorio, deben tomar una ducha prolongada antes de cambiarse a ropa informal.

Los equipos costosos, como los láseres, también tendrán que someterse a un procedimiento de desinfección bastante estricto.

"Es como una puerta de un solo sentido", dijo Miller. "Cualquier cosa que salga del laboratorio debe ser incinerada, esterilizada en autoclave [esterilización por calor] o desinfectada químicamente con vapor de peróxido de hidrógeno. Por lo tanto, introducir nuestro láser de 120.000 dólares no era una opción que quisiéramos utilizar."

Por el contrario, los investigadores del NIST diseñaron un sistema que coloca el láser y algunos componentes ópticos en el pasillo fuera del laboratorio. Transmiten la luz a través de un cable de fibra óptica de 4 metros de longitud hasta un punto sellado bajo la puerta del laboratorio. La presión negativa hace que el aire fluya desde el pasillo hacia el laboratorio, evitando que cualquier material se filtre de vuelta al laboratorio.

Visión general de la configuración de los investigadores. El láser se coloca en un pasillo fuera del laboratorio. Una fibra óptica dirige el láser a través de una abertura bajo la puerta hacia la sala donde se encuentran las muestras de SARS-CoV-2.

Este láser genera solo una longitud de onda a la vez y es completamente ajustable, lo que permite a los investigadores producir cualquier longitud de onda que deseen. Sin embargo, dado que el ángulo de curvatura de la luz depende de su longitud de onda, deben crear un sistema de prismas para ajustar el ángulo en el que la luz entra en la fibra óptica para una alineación correcta. Cambiar el ángulo de exportación requiere girar manualmente una perilla que crearon para ajustar la posición del prisma. Intentaron hacer este proceso lo más simple posible, con el mínimo número de piezas móviles.

Schuit dijo: "El dispositivo ideado por el equipo del NIST nos permite probar rápidamente una amplia gama de diferentes longitudes de onda, todas dentro de bandas altamente controladas y precisas. Si intentáramos probar la misma cantidad de longitudes de onda sin ese sistema, tendríamos que depurar una gran variedad de equipos de diferentes tipos, cada uno de los cuales produciría bandas de anchuras variables. Requerirían configuraciones diferentes, lo que introduciría muchas variables adicionales."

La manipulación de la luz requiere espejos y lentes, pero los investigadores los utilizan lo menos posible en el diseño, ya que cada uno provoca una pérdida de intensidad UV.

Para los materiales que requieren dirigir la luz de las fibras ópticas hacia muestras de virus en el laboratorio, el equipo intentó utilizar componentes económicos. "Imprimimos en 3D muchas cosas", dijo Steve Grantham, físico del NIST, quien, junto con Thomas Larason del NIST, fue un miembro clave del equipo. "Así que nada es realmente caro, y si ya no lo usamos, no es un gran problema".

Incluso la comunicación entre la zona láser y el interior del laboratorio era difícil, ya que las personas no podían entrar o salir libremente, por lo que adoptaron un sistema de intercomunicación cableado.

Miller dijo que, a pesar de estos desafíos, el sistema funcionó sorprendentemente bien, especialmente considerando que solo tuvieron unos pocos meses para ensamblarlo. «Hay algunas áreas que podríamos mejorar», dijo Miller, «pero creo que nuestras mejoras serían mínimas».

El equipo del NIST planea utilizar este sistema para futuros estudios de otros virus y microorganismos que los biólogos de laboratorios de alta seguridad puedan desear investigar.

Miller dijo: "Cuando aparezca el próximo virus, o cualquier patógeno de su interés, todo lo que tenemos que hacer es llevar el sistema láser hasta allí, tender una fibra óptica y ellos la conectarán a su sistema de proyección. Así que ahora estamos preparados para la próxima vez."

Este trabajo fue financiado parcialmente por la Dirección de Ciencia y Tecnología del Departamento de Seguridad Nacional.

Fuente: cnBeta