Esta batería con diamante radioactivo dura miles de años
(Duran 5.000) Años
Un equipo de científicos de la Universidad de Bristol ha logrado desarrollar una batería que logra durar miles de años, de acuerdo a lo presentado por los físicos y químicos en la conferencia anual del Instituto Cabot, “Ideas para cambiar el mundo”, la semana pasada. Además de representar la solución a la necesidad prolongada y estable de electricidad para algunos dispositivos, esta batería también resuelve otro problema: el manejo de desechos nucleares, y, con ello, de su radioactividad potencialmente dañina.
Esta nueva tecnología emplea estos restos para generar electricidad desde el interior de un diamante hecho por el hombre. El mismo, cuando se coloca en un campo radiactivo, es capaz de generar una pequeña corriente eléctrica limpia, que no genera emisiones.
A diferencia de la mayoría de baterías —que emplean un imán a través de una bobina de alambre para generar una corriente eléctrica con su movimiento— en este dispositivo “no hay partes móviles involucradas”, de acuerdo con Tom Scott, profesor de Materiales en el Centro de Análisis de Interfaz de la Universidad y miembro del Instituto Cabot. “Transformamos un problema a largo plazo de desechos nucleares en una batería nuclear y un suministro de energía limpia de amplia duración”, señala.
El primer prototipo de esta “batería de diamante” utilizaba níquel-63 como fuente de radiación. No obstante, por su abundancia y en beneficio de la eficiencia de la batería se cambió al carbono-14, versión radioactiva del carbono (usualmente empleado para determinar la antigüedad de objetos que contienen material orgánico).
Las plantas de energía nuclear en el Reino Unido, al igual que varias otras en el mundo, generan electricidad en base al uranio, material radioactivo que va encapsulado en una bóveda de grafito. Este último elemento ayuda a moderar la reacción en cadena del uranio, que finalmente sirve para calentar las aguas cuyos vapores alimentan turbinas que son, propiamente, las generadoras de electricidad.
Como residuo de este proceso, en las paredes de grafito se acumula carbono-14. Este desecho puede dejar de ser radioactivo, para volver a ser carbono puro, en un proceso natural que lleva miles de años. La radiación que genera se reduce a la mitad recién cada 5.730 años, por lo cual el manejo responsable y adecuado de estos residuos se convierte en un serio y costoso problema. Tan solo el Reino Unido ha logrado acumular 95.000 toneladas del mismo desde los años cuarenta.
El equipo de Bristol ha podido delinear un proceso para remover este material del grafito en forma gaseosa. El gas, sometido a bajas presiones y altas temperaturas, es convertido en un diamante artificial (que, en la naturaleza, no es sino otra forma que adquiere el carbón), radioactivo y capaz de generar un flujo estable de electricidad.
El Dr. Neil Fox de la Escuela de Química de Bristol explica que este material emite una radiación de corto alcance, rápidamente absorbida por cualquier material sólido cercano. Ello haría peligroso un contacto directo con la piel. Por ello, el diamante radioactivo es recubierto con otra capa de diamante artificial, con lo que su radiación queda confinada y la batería termina siendo segura para el manejo en manos de humanos.
Si bien genera una baja potencia, en relación con otras tecnologías actuales, la vida útil de estas baterías de diamante podría revolucionar la alimentación de dispositivos en largas escalas de tiempo.
Scott señala que se utilizarán en situaciones en las que no sea factible cargar o reemplazar baterías convencionales: “Las aplicaciones obvias serían en dispositivos eléctricos de baja potencia en los que se necesite una larga vida útil de la fuente de energía, como marcapasos, y algunos instalados en satélites, aviones de gran altura o incluso naves espaciales”.
No obstante, se aceptan sugerencias: Bristol ha pedido a los usuarios de redes sociales el uso del hashtag #diamondbattery para proponer más usos potenciales de la nueva tecnología.
En las centrales nucleares, el uranio radiactivo se divide en un proceso llamado fisión nuclear. Cuando los átomos se dividen, se genera calor, y ese calor luego vaporiza el agua que permite a las turbinas generar electricidad.
La gran desventaja que hasta ahora el mundo cuestiona y es una de las razones que impulsan a muchos países a cerrar sus centrales nucleares, son los desechos radiactivos peligrosos y altamente contaminantes que se generan. Hoy en día, esta contaminación nuclear se almacena con seguridad hasta que deja de ser radiactiva en un promedio de 5.730 años. Eso es bastante tiempo.
Los científicos encontraron una forma de calentar el grafito radioactivo para liberar la mayor parte de la radiactividad en forma gaseosa. El gas está sometido a altas temperaturas y bajas presiones que lo convierten en un diamante artificial.
Cuando estos diamantes se colocan cerca de un campo radiactivo, que generan una pequeña corriente eléctrica. Los desarrolladores incluyeron la batería de diamante en otro diamante no radioctivo para absorber las emisiones nocivas, lo que a su vez permitió la generación de más electricidad, haciendo que la batería sea casi 100% eficiente.
Potenciar el futuro
La batería de diamante nuclear tiene una increíble y larga vida útil. Esto lo convierte en una solución de energía ideal para “situaciones en las que no es factible cargar o reemplazar baterías convencionales”, dijo Tom Scott, Profesor de ciencias en el Instituto Cabot.
Los tiempos de vuelo de los aviones, satélites o naves espaciales podrían aumentar con una batería tan duradera. Los dispositivos médicos como los marcapasos y el páncreas artificial podrían volverse más confiables, lo que permite a los usuarios vivir su vida más plenamente.
El desarrollo también presenta una forma increíblemente eficiente de tratar los residuos radiactivos. En los últimos 40 años, Estados Unidos ha acumulado 76.430 toneladas (84.250 toneladas) de estos residuos.
El suministro de electricidad a la Tierra es una tarea desalentadora incluso sin un enfoque en la sostenibilidad. Ahora, parece que los expertos están en el camino correcto con esta batería de diamante con energía nuclear. Es casi como el santo grial de la generación de electricidad, o como dice Scott, “no se generan emisiones y no se requiere mantenimiento, sólo la generación directa de electricidad”.
Actualmente hay miles de investigaciones en todo el mundo relacionadas con el mundo de las baterías. Pocos son los que han conseguido mejorar lo que tenemos en la actualidad, pero una empresa de California llamada NDB (Nano-Diamond Battery) podría haber creado una batería revolucionaria, ya que sería más barata que las actuales, permitiría reciclar residuos nucleares, y dura años sin cargarse.
Las baterías de «nanodiamante» actúan como si fueran pequeños generadores nucleares, y pueden durar sin cargarse desde una década hasta 28.000 años, con una densidad mayor que la de las baterías de ion de litio actuales. Además, son perfectamente seguras al exponerse al aire, por lo que no habría problemas en el caso de usarse en un coche eléctrico y que éste tuviera un accidente. Además, la autonomía de estos coches sería espectacular.
Carbono 14: fuente inacabable de energía en estas nuevas baterías
La clave para crear estas baterías es utilizar desechos nucleares. La empresa utiliza partes de reactores nucleares de grafito que han absorbido la radiación de las barras de combustible nuclear. Estos residuos son muy peligrosos, ya que son muy radioactivos durante mucho tiempo, y difíciles y caros de almacenar. Este material es el que se ve en la serie Chernobyl cuando, tras la explosión, uno de los bomberos coge lo que parece una piedra y se quema.
El grafito es un material rico en el radioisótopo de carbono 14, el cual sufre desintegración beta en nitrógeno y liberando un antineutrino y un electrón de desintegración beta en el proceso. NDB lo que hace es utilizar ese grafito, purificarlo, y crear pequeños diamantes de carbono 14. Esta estructura actúa como semiconductor y disipador de calor, recolectando la carga y transportándola. Este material está revestido de una capa de diamante de carbono 12, el cual no es radioactivo, y se puede crear en laboratorio a bajo coste. Este material evita las fugas de radiación, contiene partículas energéticas, y actúa como capa protectora para evitar que nadie modifique el interior.
La celda de la batería se crea usando varias capas de nanodiamantes con un pequeño circuito integrado y un pequeño supercondensador para almacenar e ir distribuyendo la energía rápidamente. La compañía afirma que pueden crearlas en cualquier tamaño, ya sean AA, AAA, 18650 o 2170, por lo que puede usarse en móviles, coches y cualquier tipo de dispositivo.
Con esto, tenemos una especie de generador en miniatura en forma de batería que nunca necesita cargarse. El coste de fabricación será incluso menor que el de las baterías actuales, ya que las empresas con reactores nucleares le pagarán a NDB por quitarles de encima los desechos nucleares.
En cuanto a la radiación emitida por las baterías, NDB afirma que será menor que la que emite el propio cuerpo en forma de radiación infrarroja. Por ello, puede usarse incluso en baterías para implantarse en el cuerpo, como puede ser un marcapasos que no necesite recargarse nunca.
Genera el equivalente a unos 12.000 mAh cada hora
La energía generada equivale a la necesaria para recargar hasta 5 veces por cada hora la batería de un móvil actual. Además, eso puede hacerlo durante décadas sin sufrir pérdidas de rendimiento en la batería. Además, en el caso de fallar, pueden reciclarse en nuevas baterías. Dispositivos como satélites pueden funcionar hasta 28.000 años con una de estas baterías.
Con esto, NDB soluciona dos grandes problemas de la actualidad: qué hacer con los residuos nucleares, y encontrar una batería que dure. Aunque puede que haya cierto recelo para usarla en móviles o coches, en redes de almacenamiento de electricidad, baterías para el hogar o satélites los beneficios serán muy importantes. Las ventajas de usarla son muy grandes, ya que podría haber más centrales nucleares operativas y sus residuos acabarían reciclados con un impacto medioambiental negativo. Incluso aunque se quedasen sin residuos radioactivos, la compañía afirma tener una forma de obtener carbono 14 barato.
La compañía ha creado su prueba de concepto y está preparada para empezar a construir un prototipo comercializable una vez puedan reabrir los laboratorios. La primera versión de baja potencia estará a la venta en menos de dos años, y la de alta potencia en cinco años. La compañía dice estar por delante de sus competidores en patentes y proceso de fabricación.
Utilizamos con éxito la técnica de despegue asistido por haz de iones para fabricar celdas de conversión de energía a base de diamante de 15 μm de espesor.
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La eficiencia de conversión de energía (~ 5-6%) de las celdas producidas estaba limitada por un voltaje de circuito abierto relativamente bajo (~ 1.1 V).
•
Para las células de conversión producidas, se demostró una eficiencia de recogida de carga> 90%.
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La batería nuclear compacta (~ 90 mm 3 , 0,35 g) ~ 1 μW se desarrolló y fabricó utilizando 200 celdas combinadas con ~ 24% de lámina de 63 Ni.
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La densidad de potencia de la batería de 10 μW / cm 3 y la energía específica de 3300 mWh / g se lograron debido a la disminución del grosor de la celda.
Resumen
Presentamos aquí por primera vez la fabricación de un prototipo de batería betavoltaica que consta de 200 celdas de conversión única basadas en diodos de diamante de barrera Schottky que se han apilado verticalmente con ~ 24% de isótopo radiactivo 63 Ni. La potencia de salida eléctrica máxima de aproximadamente 0,93 μW se obtuvo en un volumen total de 5 x 5 x 3,5 mm 3 . Usamos la técnica de despegue asistido por haz de iones para obtener células de conversión de espesor mínimo comparable con la longitud de penetración característica de las partículas beta emitidas por 63Isótopo Ni. El valor obtenido de 15 μm estuvo limitado por la resistencia mecánica de las estructuras producidas y la fiabilidad del proceso. Para comprobar el rendimiento de las celdas de conversión basadas en diamantes delgados, realizamos mediciones de curvas IV con irradiación con haz de electrones en SEM. Descubrimos que la capa de sacrificio para la división de dicha celda de conversión delgada del sustrato de diamante HPHT no causó una degradación considerable de la eficiencia de recolección de carga del dispositivo. Como resultado, el prototipo fabricado proporcionó una densidad de potencia de salida de aproximadamente 10 μW / cm 3 , que es el valor más conocido para baterías nucleares basadas en radioisótopo 63 Ni. Además, la larga vida media de 63El isótopo de Ni le da a la batería una energía específica de aproximadamente 3300 mWh / g, que es un orden de magnitud más alto que el valor típico de las celdas químicas comerciales.
Esta batería con diamante radioactivo dura miles de años
(Duran 38.000) Años
Un equipo de científicos de la Universidad de Bristol ha logrado desarrollar una batería que logra durar miles de años, de acuerdo a lo presentado por los físicos y químicos en la conferencia anual del Instituto Cabot, “Ideas para cambiar el mundo”, la semana pasada. Además de representar la solución a la necesidad prolongada y estable de electricidad para algunos dispositivos, esta batería también resuelve otro problema: el manejo de desechos nucleares, y, con ello, de su radioactividad potencialmente dañina.
Esta nueva tecnología emplea estos restos para generar electricidad desde el interior de un diamante hecho por el hombre. El mismo, cuando se coloca en un campo radiactivo, es capaz de generar una pequeña corriente eléctrica limpia, que no genera emisiones.
A diferencia de la mayoría de baterías —que emplean un imán a través de una bobina de alambre para generar una corriente eléctrica con su movimiento— en este dispositivo “no hay partes móviles involucradas”, de acuerdo con Tom Scott, profesor de Materiales en el Centro de Análisis de Interfaz de la Universidad y miembro del Instituto Cabot. “Transformamos un problema a largo plazo de desechos nucleares en una batería nuclear y un suministro de energía limpia de amplia duración”, señala.
El primer prototipo de esta “batería de diamante” utilizaba níquel-63 como fuente de radiación. No obstante, por su abundancia y en beneficio de la eficiencia de la batería se cambió al carbono-14, versión radioactiva del carbono (usualmente empleado para determinar la antigüedad de objetos que contienen material orgánico).
Las plantas de energía nuclear en el Reino Unido, al igual que varias otras en el mundo, generan electricidad en base al uranio, material radioactivo que va encapsulado en una bóveda de grafito. Este último elemento ayuda a moderar la reacción en cadena del uranio, que finalmente sirve para calentar las aguas cuyos vapores alimentan turbinas que son, propiamente, las generadoras de electricidad.
Como residuo de este proceso, en las paredes de grafito se acumula carbono-14. Este desecho puede dejar de ser radioactivo, para volver a ser carbono puro, en un proceso natural que lleva miles de años. La radiación que genera se reduce a la mitad recién cada 5.730 años, por lo cual el manejo responsable y adecuado de estos residuos se convierte en un serio y costoso problema. Tan solo el Reino Unido ha logrado acumular 95.000 toneladas del mismo desde los años cuarenta.
El equipo de Bristol ha podido delinear un proceso para remover este material del grafito en forma gaseosa. El gas, sometido a bajas presiones y altas temperaturas, es convertido en un diamante artificial (que, en la naturaleza, no es sino otra forma que adquiere el carbón), radioactivo y capaz de generar un flujo estable de electricidad.
El Dr. Neil Fox de la Escuela de Química de Bristol explica que este material emite una radiación de corto alcance, rápidamente absorbida por cualquier material sólido cercano. Ello haría peligroso un contacto directo con la piel. Por ello, el diamante radioactivo es recubierto con otra capa de diamante artificial, con lo que su radiación queda confinada y la batería termina siendo segura para el manejo en manos de humanos.
Si bien genera una baja potencia, en relación con otras tecnologías actuales, la vida útil de estas baterías de diamante podría revolucionar la alimentación de dispositivos en largas escalas de tiempo.
Scott señala que se utilizarán en situaciones en las que no sea factible cargar o reemplazar baterías convencionales: “Las aplicaciones obvias serían en dispositivos eléctricos de baja potencia en los que se necesite una larga vida útil de la fuente de energía, como marcapasos, y algunos instalados en satélites, aviones de gran altura o incluso naves espaciales”.
No obstante, se aceptan sugerencias: Bristol ha pedido a los usuarios de redes sociales el uso del hashtag #diamondbattery para proponer más usos potenciales de la nueva tecnología.
Hans HuertoCientíficos del Instituto Cabot de la Universidad de Bristol lograron en un laboratorio crear un diamante para generar electricidad a base de residuos radioactivos.
En las centrales nucleares, el uranio radiactivo se divide en un proceso llamado fisión nuclear. Cuando los átomos se dividen, se genera calor, y ese calor luego vaporiza el agua que permite a las turbinas generar electricidad.
La gran desventaja que hasta ahora el mundo cuestiona y es una de las razones que impulsan a muchos países a cerrar sus centrales nucleares, son los desechos radiactivos peligrosos y altamente contaminantes que se generan. Hoy en día, esta contaminación nuclear se almacena con seguridad hasta que deja de ser radiactiva en un promedio de 5.730 años. Eso es bastante tiempo.
Los científicos encontraron una forma de calentar el grafito radioactivo para liberar la mayor parte de la radiactividad en forma gaseosa. El gas está sometido a altas temperaturas y bajas presiones que lo convierten en un diamante artificial.
Cuando estos diamantes se colocan cerca de un campo radiactivo, que generan una pequeña corriente eléctrica. Los desarrolladores incluyeron la batería de diamante en otro diamante no radioctivo para absorber las emisiones nocivas, lo que a su vez permitió la generación de más electricidad, haciendo que la batería sea casi 100% eficiente.
Potenciar el futuro
La batería de diamante nuclear tiene una increíble y larga vida útil. Esto lo convierte en una solución de energía ideal para “situaciones en las que no es factible cargar o reemplazar baterías convencionales”, dijo Tom Scott, Profesor de ciencias en el Instituto Cabot.
Los tiempos de vuelo de los aviones, satélites o naves espaciales podrían aumentar con una batería tan duradera. Los dispositivos médicos como los marcapasos y el páncreas artificial podrían volverse más confiables, lo que permite a los usuarios vivir su vida más plenamente.
El desarrollo también presenta una forma increíblemente eficiente de tratar los residuos radiactivos. En los últimos 40 años, Estados Unidos ha acumulado 76.430 toneladas (84.250 toneladas) de estos residuos.
El suministro de electricidad a la Tierra es una tarea desalentadora incluso sin un enfoque en la sostenibilidad. Ahora, parece que los expertos están en el camino correcto con esta batería de diamante con energía nuclear. Es casi como el santo grial de la generación de electricidad, o como dice Scott, “no se generan emisiones y no se requiere mantenimiento, sólo la generación directa de electricidad”.
Our objective was to develop a practical method of utilizing the known anti-viral properties of ozone in a mobile apparatus that could be used to decontaminate rooms in health care facilities, hotels and other buildings. Maximum anti-viral efficacy required a short period of high humidity (>90% relative humidity) after the attainment of peak ozone gas concentration (20–25 ppm). All 12 viruses tested, on different hard and porous surfaces, and in the presence of biological fluids, could be inactivated by at least 3 log10, in the laboratory and in simulated field trials. The ozone was subsequently removed by a built-in catalytic converter.
Thus ozone is a natural compound, is easily generated in situ from oxygen or air, and breaks down to oxygen with a half-life of about 20 minutes (± 10 min depending on the environment). As a gas it can penetrate all areas within a room, including crevices, fixtures, fabrics, and the undersurfaces of furniture, much more efficiently than manually applied liquid sprays and aerosols (Barker et al., 2004; Malik et al., 2006; Hudson et al., 2007).
The only significant disadvantages are its ability to corrode certain materials, such as natural rubber, on prolonged exposure, and its potential toxicity to humans. The recognition of the risk of pathologic consequences following exposure of people and experimental animals to ozone gas has led to restrictions in its use in public areas. However the latter consideration can be offset to some extent by the potential benefits of ozone therapy in medicine and dentistry (Devlin et al., 1996; Bocci, 2004; Ciencewicki and Jaspers, 2007; Huth et al., 2007).
The health hazard can be overcome in practice by ensuring that the room to be treated is temporarily closed to people during the treatment and is sealed to prevent escape of the gas into the environment. Sensitive materials can be temporarily covered or removed if necessary. In addition the ozone gas can be removed quickly after treatment by use of a catalytic converter, which can transform the ozone back into oxygen within minutes.
We evaluated the feasibility of using ozone gas as an effective means of decontaminating various hard and porous surfaces containing dry or wet films of different viruses, in the presence and absence of cell debris and biological fluids. Following successful laboratory experiments, we then developed an efficient prototype ozone generator and catalytic converter that could be used in a room containing viral contaminants. We also examined a role for high humidity in enhancing the virus inactivation process, and incorporated this feature into the field tests.
MATERIALS AND METHODS
Equipment
The laboratory test chamber was a molded polycarbonate box with a transparent plastic front window that could be lifted to allow access to samples. Within the test chamber was a small ozone generator (corona discharge system, from Treated Air Systems, Vancouver) fitted with a control dial that could be pre-set to determine the approximate ozone dosage in ppm, an ozone sampler tube connected to the exterior ozone measuring system (for accurately recording ozone concentration, see below), and the probe of a hygrometer for measuring relative humidity and temperature. Humidity was provided in the form of a mist of deionized sterile water by means of a spray bottle, which had been washed out with 70% ethanol
The model 1000 Viroforce ozone generator (Figure 1) was a portable module containing multiple corona discharge units, a circulating fan, and an efficient catalytic converter (scrubber) to reconvert ozone to oxygen at the termination of the ozone exposure period (further details are available in www.viroforce.com). In addition a portable commercial humidifier (Humidifirst Inc, Florida) was used to provide a burst of water vapor (at ambient temperature) when required.
FIGURE 1. Prototype ozone generator (Viroforce 1000). The generator contains 8 corona discharge units, a powerful circulating fan, and a catalytic converter to convert ozone back to oxygen after the treatment. Part of the control panel is also visible. The unit is shown by itself (Figure 1a) and located in the test hotel room (Figure 1b). Not shown is the accessory humidifier.
All the components were controlled remotely from outside the test room. Ozone concentration was monitored continuously by means of an Advanced Pollution Instrumentation Inc. model 450 system (from Teledyne, San Diego), which measured samples of ozonated air passed through a UV spectrometer. This apparatus was used for all accurate ozone measurements in all test locations. The input Teflon sampling tube was taped in an appropriate location for the duration of the experiment. Relative humidity and temperature were recorded by a portable hygrometer (VWR Scientific, Ontario). The probe was taped in a convenient location inside the test room.
MATERIALS
The lids of sterile polystyrene tissue culture trays were used as plastic surfaces. Glass slides, 75 × 25 mm; stainless steel circular disks, 1.0 cm diameter; and pieces of fabric and cotton (typical of those used in hospital and hotel rooms) were cleaned in detergent, washed, dried, and sterilized by autoclaving. Cotton tips (Q-tips) were heated for 2 min in a microwave oven. Fetal bovine serum and PBS (phosphate buffered saline) were obtained from Invitrogen (Ontario). Sterile plastic 24-well plates and other supplies were BD-Falcon brand obtained from VWR Scientific (Ontario).
Cell Lines and Viruses
All cell lines (Vero monkey kidney cells; MDCK canine kidney cells; H-1 sub clone of HeLa cells; A549 human lung epithelial cells; feline kidney cells; all acquired originally from ATCC; mouse DBT cells, from Dr. Pierre Talbot) were passaged regularly in Dulbecco MEM, in cell culture flasks, supplemented with 5–10% fetal bovine serum, at 37°C in a 5% CO2 atmosphere, with the exception of the H-1 cells, which were grown at 35°C. No antibiotics or antimycotic agents were used.
The following 12 viruses were used: influenza, strain H3N2, human isolate (from BC Centre for Disease Control), propagated in MDCK cells; HSV (herpes simplex virus type 1, BC-CDC), propagated in Vero cells; rhinovirus types 1A and 14 (RV 1A and RV 14, from ATCC), propagated in H-1 cells; Adenovirus types 3 and 11 (ATCC), in A549 cells; mouse coronavirus (MCV, from Dr. Pierre Talbot) in DBT cells. Sindbis virus (SINV), yellow fever virus (YFV), vesicular stomatitis virus (VSV), poliovirus (PV, vaccine strain), vaccinia virus (VV), all ATCC strains, were grown in Vero cells. All the stock viruses were prepared as clarified cell-free supernatants, with titers ranging from 106 to 109 pfu (plaque-forming units) per mL.
Experimental Protocol
Aliquots of virus, diluted when necessary in PBS, usually 100 uL, were spotted onto the appropriate sterile surface, spread into a film by means of a sterile tip, and allowed to dry, within a biosafety cabinet (normally 30–40 min). In some experiments the spread films were left wet for the ozone treatment. The samples were then transported in sterile containers to the appropriate chamber or room for ozone treatment. Controls consisted of equivalent samples transported to the test site but not exposed to ozone, and others retained in the biosafety cabinet for the entire duration of the experiment. All control samples were contained within sealed sterile plastic boxes and kept outside the ozone-exposed room or chamber for the duration of the treatment.
Test rooms
The initial field trials were conducted in an unused laboratory, volume 65 m3, in which we used 3 small ozone generators (Treated Air Systems) located in different parts of the room, together with a circulating fan. These tests were carried out at ambient humidity (40–45% RH).
In most of the subsequent field tests we used an office, volume 35 m3, containing normal office furniture, which was located adjacent to the laboratory. We placed the prototype ozone generator (Viroforce model 1000) in the centre of the room, together with the humidifier. Test samples were placed in various locations of the room, and the probes for the ozone monitor and the hygrometer were taped in convenient locations. All instruments were controlled remotely from outside the test room. At the beginning of the test the air vent was covered with plastic and the door was sealed with duct tape.
The standard program adopted for most of the tests involved increasing the ozone level over a period of 15 min to 25 ppm, maintaining this level for 10 min, at which point the humidifier was activated to produce a rapid burst of water vapor. This resulted in the RH increasing to > 95% within 5 min. Following this the humidifier and generator were switched off and the catalytic converter was switched on, which resulted in a decrease in ozone to < 1 ppm within 15 min. The door was then opened and the samples retrieved and covered for transport back to the biosafety cabinet. These samples, and equivalent control samples that had been kept in the biosafety cabinet for the duration of the test, were then reconstituted in 1.0 mL PBS and stored at −70°C until assayed by plaque formation (plaque forming units, pfu) in the appropriate cells. Unless otherwise indicated, results are presented as pfu/mL.
A similar protocol was employed for use in the test hotel room, a typical room with a double bed, furniture and adjacent bathroom, volume 42.5 m3, situated in Vancouver. Dried samples of the viruses on plastic surfaces were transported in sterile containers between the laboratory and the hotel room.
RESULTS
Inactivation of Viruses by Ozone Gas on Different Surfaces
Since we wanted to evaluate the effect of ozone gas on dried samples of virus we first examined the ability of several representative viruses to retain significant infectivity following the drying process. Most of the viruses showed up to 1 log10 decrease in infectivity as a result of the drying process itself. After this the dried films (of HSV, influenza virus, FCV, poliovirus, and RV) showed similar decay curves, with a 50% decrease (T½) of 3–4 hours at room temperature. Thus in all cases there were more than adequate amounts of infectious virus remaining after several hours, during which experiments with ozone gas could be carried out. These decay curves were not significantly affected by the presence of 10% serum (fetal bovine serum, FBS). Similar findings on virus drying kinetics were reported recently (Terpstra et al., 2007), and these results confirm the general belief that infectious viruses can persist for long times on inanimate surfaces.
Several viruses, representing different virus families and structural features, were then treated with a single mobile ozone generator in the laboratory chamber, as described in Materials and Methods. All viruses tested, HSV, influenza, MCV, FCV, and RV, representing DNA and RNA viruses with and without membranes, showed similar kinetics of virus inactivation on three hard surfaces, plastic, glass and stainless steel. The T½ values ranged from 5–8 hours, but there were no consistent differences between the viruses or the surfaces. Examples for HSV (DNA virus with membrane), influenza (RNA virus with membrane), and RV (RNA virus without membrane) are shown in Figure 2. Rhinovirus (Figure 2c) was slightly more resistant than the other two viruses. Nevertheless these results suggest that all or most viruses should be susceptible to ozone gas.
FIGURE 2. Kinetics of inactivation of viruses on different surfaces. Multiple aliquots of each virus, in separate experiments in the laboratory, were dried onto the different surfaces, and exposed to ozone gas (10 ppm) at ambient humidity (45% RH). Periodically duplicate samples were removed for reconstitution and freezing. They were subsequently thawed and assayed by plaque formation on the appropriate cell lines.
Following successful inactivation of several viruses in the laboratory experiments, we conducted tests in a large unoccupied laboratory, volume 65 m3, with the aid of three portable ozone generators of the kind used in the previous tests. Peak ozone level attained was 28 ppm, at an ambient RH of 40%, and total time of exposure, including rise and fall periods, was 60 min. The results from 2 separate tests are combined in Table 1, and these indicate successful inactivation of 2 log10 or more infectious virus under these simulated field conditions. Duplicate samples showed reasonable agreement, and the results were unaffected by the position of the sample within the room. Thus prolonged exposure to a fairly high dose of ozone gas at ambient humidity can result in 2 log’s inactivation of several viruses; but in practice we would prefer a system giving greater efficacy.
TABLE 1. Inactivation of Viruses by Ozone Gas in Large Room (Ambient Humidity)
Enhancement of Virus Inactivation by High Humidity
We next examined the possibility of improving virus killing by treating dried samples of several viruses with ozone gas in the presence of high relative humidity. Preliminary laboratory experiments indicated that the maximum enhancing effect was obtained by increasing the ozone to the maximum level first followed by a burst of water vapor to increase RH to greater than 70%, preferably >90%. However we did not have the capability of testing the enhancing effect of graded doses of humidity.
Table 2 shows the effect of RH on the degree of inactivation of 3 different viruses within a test office, 35.4 m3 volume. Under these conditions, which involved much more restricted exposure than the conditions used for Table 1, the degree of inactivation was lower and more variable at ambient RH, but in all cases the combination of ozone gas plus high RH consistently yielded substantial inactivation. Therefore optimum efficacy of the ozone treatment requires the presence of high RH, for at least several minutes.
TABLE 2. Effect of Humidity on Virus Inactivation in Test Room
Based on these findings, we next conducted a number of experiments with different viruses in the test office, which contained standard office furniture. For this purpose we used a newly developed prototype ozone generator, containing multiple ozone units, together with a built in catalytic converter and fan (shown in Figure 1), and an accessory humidifier capable of generating a humidity of more than 90% within 5 minutes. Details of the protocols are described in Materials and Methods. In this test system we were able to examine the effects of sample preparation and composition, organic load, and sample location within the room. Wet and dry films of viruses were found to be equally susceptible to the treatment regimen.
Also the nature of the surface on which samples were dried did not affect the result. Thus in addition to the different hard surfaces mentioned above (glass, plastic and stainless steel, Figure 2), cotton and fabric surfaces gave results similar to plastic (not shown). Inoculum size (10–1000 uL) and degree of dilution of the virus did not influence the result, nor did the presence of cellular debris in the sample. For example influenza virus and Sindbis virus in crude cell extracts and in clarified supernatants were equally susceptible (more than 3 log inactivation in dried films treated with ozone in high humidity).
We also tested the effect of serum and blood products, since samples in the field, such as tissues and corpses, and instruments used in dental and hospital clinics, might be contaminated with such materials (Cristina et al., 2008). However, as shown in Table 3, the presence of whole human blood, or human and bovine serum components, did not affect the efficacy of virus inactivation, in either dry (data shown) or wet samples of virus.
TABLE 3. Ozone Inactivation of Virus (SINV) in the Presence or Absence of Blood Components
Virus-containing aerosols, a potential problem in certain dental and medical practices (Cristina et al., 2008), were also tested by spraying known volumes of FCV suspension into the test chamber in the presence or absence of ozone gas, and collecting samples of condensate for virus assays. In comparison, similar amounts of virus were sprayed into the chamber without ozone gas, and measured volumes collected. This experiment was performed twice, resulting in retrieval of approximately 1% of the sprayed virus each time, and inactivation of more than 99%, as indicated in Table 4. Thus the ozone gas is also capable of efficiently killing aerosol-borne viruses.
A standard hotel room (volume 42.5 m3) was used for the evaluation of the prototype ozone generator with accessory humidifier, using influenza- and FCV as examples of viruses with and without membranes, respectively. Known amounts of virus were dried onto glass slides, which were then transported to the room for ozone and humidity treatment, using the protocol developed in the office tests, above. Pairs of samples were placed in three different locations within the room, including an adjacent bathroom. Treated and control (unexposed) samples were then returned to the laboratory for reconstitution and assay. The results are summarized in Table 5. Both viruses were substantially inactivated, and the location of samples within the room did not affect the outcome.
TABLE 5. Inactivation of Viruses (Influenza, FCV) In Hotel Room
Table 6 summarizes the viruses successfully inactivated, by 3 or more log10, and their relevance. As indicated, these viruses represent many different families with a range of animal virus structures. Some of them have also been suggested to be suitable surrogates for important viruses that are difficult to cultivate in vitro or require special containment facilities (e.g., Sindbis virus and yellow fever virus for hepatitis C; These two viruses plus vesicular stomatitis viruses for HIV; human influenza virus for avian influenza; Steinman, 2004). To date we have not encountered an ozone-resistant virus.
TABLE 6. Viruses Susceptible to Ozone Gas + High Humidity1(>3 Log 10 Inactivation)
The objective of this study was to develop a practical and efficient apparatus for decontamination of confined spaces containing infectious viruses. Such an apparatus could be very useful in hospitals and health care facilities, and other locations where outbreaks are relatively common, such as cruise liners (Lawrence, 2004). In addition there are many other public and private buildings that could benefit from an appropriate antiviral decontamination apparatus. Existing technologies are clearly inadequate (McDonnell and Russell, 1999; Barker et al., 2004; Sattar, 2004).
Previous studies with ozone in water have proven its usefulness in commercial laundries and food processing facilities (Kim et al., 1999; Shin and Sobsey, 2003; Naitou and Takahara, 2006; 2008; Cardis et al., 2007). However, in order to decrease or eradicate virus contaminants in inaccessible locations, such as crevices, fixtures, undersides of furniture, etc. it is necessary to utilize the efficient penetrating ability of a gas. Since ethylene oxide is not considered an acceptable alternative (McDonnell and Russell, 1999; Tseng and Li, 2008), then gaseous ozone should be the best choice available.
A few studies have indicated the feasibility of ozone gas as an antiviral agent (Carpendale and Freeberg, 1991; Wells et al., 1991; Khadre and Yousef, 2002; Shin and Sobsey, 2003; Cataldo, 2006; Lin and Wu, 2006; Tseng and Li, 2008). We verified this by means of laboratory studies and several field trials in a large room. We then discovered that the addition of a burst of high humidity, following the attainment of peak ozone level, resulted in substantially greater reductions in virus infectivity, under a variety of conditions. The precise mechanisms of action against virus are not understood; however the broad oxidizing activity against many macromolecules (Cataldo, 2006) suggests that viral membranes, protein coats and nucleic acids could all be vulnerable.
Nevertheless the requirement of humidity for optimal efficacy indicates that hydroxyl ions and possibly additional water-derived radicals could be involved, as suggested for the aqueous environments (Lin and Wu, 2006; Tseng and Li, 2008). We developed the prototype apparatus to take advantage of the desired features based on these experimental results (Figure 1, Viroforce 1000). The key features are: a battery of ozone generators enclosed within the machine; a powerful catalytic converter to convert ozone back to oxygen within minutes, allowing immediate entry to the decontaminated premises; a circulating fan; built in remote control and programmable functions. In addition we employ an accessory humidifier, which produces an immediate cloud or mist of microscopic water droplets, without heating. We demonstrated that this apparatus was capable of inactivating 3 logs or more of many different infectious viruses in rooms such as an office and a hotel room. We also reported recently that the same apparatus worked efficiently in a cruise liner cabin to inactivate norovirus (Hudson et al., 2007).
To date we have successfully tested the apparatus in laboratory and field conditions against 12 representative viruses, mostly human pathogens. Some of these viruses (Table 6 legend) have also been promoted as valid surrogates for viruses that are difficult or dangerous to cultivate and test by conventional techniques, such as hepatitis C virus, HIV, avian influenza (Steinman, 2004).
The location of the test virus in the room was not a factor, a result that might be expected considering the penetrability of the ozone gas, nor was the presence of blood and serum products. The latter was an important result since the possibility of microbe protection against ozone by organic films has been suggested (Serra et al., 2003). In addition, the presence of such contaminated materials has been suggested as a risk for spread of infections in medical and dental practices (Cristina et al., 2008). Another possible factor, which has been shown to play a role in other liquid anti-microbial applications (Sattar, 2004; Malik et al., 2006), is the presence of a porous surface such as fabric or carpet in which the virus or other organism is embedded. This limitation was not seen however in our experience with ozone gas against viruses or bacteria (Hudson et al., 2007; Sharma and Hudson, 2008). As a result of these studies, we believe that the apparatus we have developed, based on the use of ozone gas and high humidity, has many potential applications wherever efficient decontamination of rooms is required.
ABBREVIATIONS
DMEM
Dulbecco minimum Eagle medium
PBS
phosphate-buffered saline
pfu
plaque-forming unit (1 pfu = 1 infectious virus particle)
RH
relative humidity
Viruses:
Ad 3/11
adenovirus type 3/11; FCV, feline calicivirus
HSV
herpes simplex virus type 1
MCV
mouse coronavirus
PV
poliovirus type 1 vaccine strain
RV1A/14
rhinovirus type 1A/14; SINV, Sindbis virus
VSV
vesicular stomatitis virus
VV
vaccinia virus
YFV
yellow fever virus, vaccine strain.
REFERENCES
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Setsuko Thurlow, sobreviviente de Hiroshima (en la foto, centro, recibiendo el Premio Nobel de la Paz 2017 en nombre de la Campaña Internacional para la Abolición de las Armas Nucleares) ha escrito a los líderes mundiales esta semana instándolos a intensificar los esfuerzos de desarme. Crédito: Lise Aserud / EPA-EFE / Shutterstock
El comienzo de agosto marca un aniversario desfavorable para la ciencia, el del primer, y hasta ahora único, uso de armas nucleares en la guerra.
Han pasado setenta y cinco años desde el bombardeo de las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki, los días 6 y 9 de agosto de 1945, en el que murieron unas 200.000 personas. Sigue existiendo el riesgo de un conflicto nuclear y las armas nucleares existen en cantidades alarmantemente grandes. En la actualidad, el arsenal nuclear mundial, el 90% del cual se encuentra en los Estados Unidos y Rusia, incluye aproximadamente 1.335 toneladas de uranio altamente enriquecido y 13.410 ojivas.
La generación de científicos que crearon armas nucleares cargó con una pesada carga de responsabilidad y algunos se convertirían en activistas comprometidos con el desarme. Otros ayudaron a dar forma a una serie de importantes conferencias y acuerdos, comenzando con el Tratado de No Proliferación de Armas Nucleares (TNP) de 1970, cuyos objetivos incluyen evitar que los países sin armas nucleares desarrollen o adquieran tecnología de armas.
Pero 50 años de diplomacia nuclear han dejado una cosa clara: las naciones nucleares aún no están preparadas para entregar sus armas. Se ha avanzado en la reducción de las existencias, pero estos países están invirtiendo simultáneamente en actualizar sus arsenales para que duren hasta bien entrado el siglo.
Entonces, ¿qué podría persuadir a Estados Unidos, Rusia, Francia, Reino Unido, China, India, Pakistán, Israel y Corea del Norte para comenzar a desmantelar por completo sus existencias y acordar nunca más desarrollar armas nucleares?
Una idea, que ha estado en gestación durante algunos años, podría estar a punto de tener su momento decisivo. Se espera que un nuevo acuerdo, el Tratado sobre la Prohibición de las Armas Nucleares (TPNW), se convierta en ley internacional el próximo año, y los científicos tienen la oportunidad de ayudarlo a tener éxito.
Una tarea urgente será establecer una nueva red mundial de investigadores con conocimientos sobre diferentes aspectos de la ciencia y la tecnología nucleares. El tratado aún tiene que establecer un mecanismo formal de asesoramiento científico. Algunos grupos de investigación, en particular el Programa de Ciencia y Seguridad Global de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, han estado asesorando a los fundadores del tratado sobre diversas facetas de la ciencia nuclear, como la forma de verificar con precisión que las existencias se han desmantelado permanentemente 1. Pero se necesitará un arreglo más permanente, mediante el cual investigadores de diferentes países puedan ofrecer y responder a las solicitudes de asesoramiento. Debido a que las relaciones entre Rusia y Estados Unidos han empeorado, las numerosas redes formales e informales de científicos nucleares que alguna vez existieron entre estos países ahora son “prácticamente inexistentes”, dice el exsecretario de energía de Estados Unidos Ernest Moniz, copresidente de Nuclear Threat Initiative, un grupo de expertos con sede en Washington DC. Una nueva red mundial será esencial para garantizar la seguridad de los arsenales nucleares, porque la falta de comunicación aumenta las posibilidades de accidentes y malentendidos, aumentando el riesgo de que se utilicen armas nucleares.
Progreso vertiginoso
El TPNW fue acordado en 2017 por 122 países no nucleares, principalmente en el sur global, pero también incluidos dos estados miembros de la Unión Europea. La estrategia para la creación de este tratado fue concebida una década antes por investigadores y activistas del Instituto Acrónimo para la Diplomacia del Desarme en Londres; la filial australiana de Médicos Internacionales para la Prevención de la Guerra Nuclear; la Liga Internacional de Mujeres por la Paz y la Libertad, con sede en Ginebra, Suiza y la ciudad de Nueva York; y Hibakusha de Japón, los supervivientes de los ataques nucleares de 1945.
Juntos, formaron una coalición más grande llamada Campaña Internacional para la Abolición de las Armas Nucleares (ICAN) y trabajaron con científicos, diplomáticos de las Naciones Unidas y organizaciones humanitarias como la Cruz Roja 2 . Unos 40 países ya han incorporado el tratado en sus leyes nacionales y se están llevando a cabo procesos para que esto suceda en más parlamentos nacionales.
Una vez que 50 países lo hayan convertido en ley, el TPNW tendrá el estatus de ley internacional. En ese momento, será difícil para las personas (incluidos los científicos), así como para las empresas (incluidos los bancos), de los países miembros del tratado desempeñar un papel en el desarrollo y despliegue de tecnologías de armas nucleares, dice Rebecca Johnson en Acronym Institute, quien es uno de los artífices del nuevo tratado. Pero los científicos que trabajan en tecnologías de desarme no se verán afectados, son muy necesarios.
El tratado surgió por varias razones. Para empezar, las naciones no nucleares se dieron cuenta de que tenían que encontrar una manera de influir en la política nuclear desde más allá de la sombra de los estados nucleares. Parecía haber poca justicia en los países en los que las armas nucleares deciden las reglas para la mayoría que desea un mundo libre de armas nucleares.
Los representantes de las potencias nucleares más grandes han argumentado a menudo que se han ganado el derecho a ser los guardianes nucleares del mundo, porque son países estables con la ciencia y la tecnología nucleares más avanzadas, ambos ingredientes esenciales para garantizar que las existencias sean seguras y protegidas. Pero, en los últimos años, el argumento de que se puede confiar en que estos países velarán por los intereses de seguridad del resto del mundo se ha vuelto menos creíble.
Los países no nucleares se han alarmado cada vez más cuando, en 2018, Estados Unidos se retiró del Plan de Acción Integral Conjunto, también conocido como el acuerdo nuclear de Irán, y, en 2019, Estados Unidos y Rusia suspendieron las Fuerzas Nucleares de Alcance Intermedio. Tratado .
Y así, además de trabajar con los acuerdos nucleares existentes, en los que los estados nucleares tienen veto, los países no nucleares negociaron el nuevo tratado a través de la Asamblea General de las Naciones Unidas, según el cual cada país tiene un voto.
Al mismo tiempo, los estados no nucleares pudieron impulsar su causa aprovechando algunos de los últimos hallazgos de los investigadores que estudian un posible ‘invierno nuclear’: el severo enfriamiento global que se predice que seguirá a una guerra nuclear . Investigaciones recientes han demostrado que una guerra nuclear relativamente pequeña entre India y Pakistán podría hacer que las cosechas fracasen en docenas de países, devastando el suministro de alimentos para más de mil millones de personas 3 . Otra investigación revela que un invierno nuclear alteraría drásticamente la química de los océanos y causaría graves daños a los arrecifes y otros ecosistemas marinos 4 .
Fundamentalmente, los diseñadores del tratado organizaron deliberadamente el proceso preparatorio para que las investigadoras y diplomáticas estuvieran presentes en un número significativo, lo que no suele ser el caso en los acuerdos nucleares existentes. Como resultado de este compromiso con el conocimiento, la igualdad y la diplomacia, ICAN recibió el Premio Nobel de la Paz 2017.
Un nuevo centro de gravedad
La gran pregunta es hasta qué punto el TPNW marcará la diferencia en las acciones de los estados nucleares. Ninguno ha firmado, pero todos se verán afectados, en parte porque el tratado prohíbe a empresas e individuos de los países signatarios ayudar en el desarrollo de armas. Y debido a que el TPNW es un acuerdo intergubernamental, los países con armas nucleares necesitarán enviar delegados a sus reuniones, estén o no de acuerdo con él.
El TPNW es un logro histórico con mucho en juego sobre sus jóvenes hombros. Todavía se necesitarán décadas para lograr un mundo libre de armas, pero cada viaje debe comenzar en alguna parte. El primer paso necesario es alterar el equilibrio de la toma de decisiones para que se comparta más equitativamente entre los estados nucleares y la comunidad internacional.
Junio de 2021. El mundo ha estado en modo de pandemia durante un año y medio. El virus continúa propagándose a fuego lento; los bloqueos intermitentes son la nueva normalidad. Una vacuna aprobada ofrece seis meses de protección, pero los acuerdos internacionales han retrasado su distribución. Se estima que 250 millones de personas han sido infectadas en todo el mundo y 1,75 millones están muertas.
Escenarios como este imaginan cómo podría desarrollarse la pandemia de COVID-19 1. En todo el mundo, los epidemiólogos están construyendo proyecciones a corto y largo plazo como una forma de prepararse y potencialmente mitigar la propagación y el impacto del SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19. Aunque sus pronósticos y plazos varían, los modeladores están de acuerdo en dos cosas: COVID-19 está aquí para quedarse, y el futuro depende de muchas incógnitas, incluso si las personas desarrollan inmunidad duradera al virus, si la estacionalidad afecta su propagación y, quizás lo más importante: las elecciones hechas por gobiernos e individuos. “Muchos lugares se están desbloqueando, y muchos lugares no. Realmente aún no sabemos qué va a suceder “, dice Rosalind Eggo, modelo de enfermedades infecciosas en la Escuela de Higiene y Medicina Tropical de Londres (LSHTM).
“El futuro dependerá mucho de cuánto se reanude la mezcla social y qué tipo de prevención hagamos”, dice Joseph Wu, un modelista de enfermedades de la Universidad de Hong Kong. Los modelos recientes y la evidencia de bloqueos exitosos sugieren que los cambios de comportamiento pueden reducir la propagación de COVID-19 si la mayoría, pero no necesariamente todas, las personas cumplen.
La semana pasada, el número de infecciones confirmadas por COVID-19 superó los 15 millones a nivel mundial, con alrededor de 650,000 muertes. Los bloqueos están disminuyendo en muchos países, lo que lleva a algunas personas a suponer que la pandemia está terminando, dice Yonatan Grad, epidemiólogo de la Escuela de Salud Pública de Harvard TH Chan en Boston, Massachusetts. “Pero ese no es el caso. Nos espera un largo recorrido.
Si la inmunidad al virus dura menos de un año, por ejemplo, similar a otros coronavirus humanos en circulación, podría haber aumentos anuales en las infecciones por COVID-19 hasta 2025 y más allá. Aquí, la naturaleza explora lo que dice la ciencia sobre los meses y años venideros.
¿Qué pasa en el futuro cercano?
La pandemia no se desarrolla de la misma manera de un lugar a otro. Países como China, Nueva Zelanda y Ruanda han alcanzado un bajo nivel de casos, después de bloqueos de diversa duración, y están aliviando las restricciones mientras observan brotes. En otros lugares, como en los Estados Unidos y Brasil, los casos están aumentando rápidamente después de que los gobiernos levantaron los bloqueos rápidamente o nunca los activaron en todo el país.
El último grupo tiene a los modelistas muy preocupados. En Sudáfrica, que ahora ocupa el quinto lugar en el mundo por el total de casos de COVID-19, un consorcio de modeladores estima 2 que el país puede esperar un pico en agosto o septiembre, con alrededor de un millón de casos activos, y acumulativamente hasta 13 millones. casos sintomáticos a principios de noviembre. En términos de recursos hospitalarios, “ya estamos violando la capacidad en algunas áreas, así que creo que nuestro mejor escenario no es el mejor”, dice Juliet Pulliam, directora del Centro Sudafricano de Análisis y Modelado Epidemiológico de la Universidad de Stellenbosch. .
Los cinéfilos en Hangzhou, China, siguen nuevas normas de distanciamiento y uso de máscaras. Crédito: AFP / Getty
Pero hay noticias esperanzadoras a medida que disminuyen los bloqueos. La evidencia preliminar sugiere que los cambios en el comportamiento personal, como el lavado de manos y el uso de máscaras, persisten más allá del cierre estricto, lo que ayuda a detener la ola de infecciones. En un informe de junio 3 , un equipo del Centro MRC para el Análisis Global de Enfermedades Infecciosas en el Imperial College de Londres descubrió que entre 53 países que comienzan a abrirse, no ha habido un aumento tan grande de infecciones como se predijo sobre la base de datos anteriores . “Se infravalora cuánto ha cambiado el comportamiento de las personas en términos de máscaras, lavado de manos y distanciamiento social. No es nada como solía ser “, dice Samir Bhatt, epidemiólogo de enfermedades infecciosas en el Imperial College de Londres y coautor del estudio.
Los investigadores en puntos críticos de virus han estado estudiando cuán útiles son estos comportamientos. En la Universidad Anhembi Morumbi en São Paulo, Brasil, el biólogo computacional Osmar Pinto Neto y sus colegas ejecutaron más de 250,000 modelos matemáticos de estrategias de distanciamiento social descritas como constantes, intermitentes o ‘reductoras’, con restricciones reducidas en etapas, junto con intervenciones conductuales como como usar mascarillas y lavarse las manos.
El equipo concluyó que si el 50-65% de las personas son cautelosas en público, entonces dejar las medidas de distanciamiento social cada 80 días podría ayudar a prevenir nuevos picos de infección en los próximos dos años 4 . “Vamos a necesitar cambiar la cultura de cómo interactuamos con otras personas”, dice Neto. En general, es una buena noticia que incluso sin una prueba o una vacuna, los comportamientos pueden hacer una diferencia significativa en la transmisión de la enfermedad, agrega.
El modelista de enfermedades infecciosas Jorge Velasco-Hernández de la Universidad Nacional Autónoma de México en Juriquilla y sus colegas también examinaron el equilibrio entre los cierres y la protección personal. Descubrieron que si el 70% de la población de México se comprometía a tomar medidas personales, como lavarse las manos y usar máscaras después de bloqueos voluntarios que comenzaron a fines de marzo, el brote del país disminuiría después de alcanzar su punto máximo a fines de mayo o principios del 5 de junio . Sin embargo, el gobierno levantó las medidas de bloqueo el 1 de junio y, en lugar de caer, el alto número de muertes semanales por COVID-19 se estancó. El equipo de Velasco-Hernández cree que dos días festivos actuaron como eventos superpuestos, causando altas tasas de infección justo antes de que el gobierno levantara las restricciones 6 .
El distanciamiento social podría ser necesario de forma intermitente durante años para suprimir los picos de COVID-19. Crédito: John Edelson / AFP / Getty
En las regiones donde COVID-19 parece estar en declive, los investigadores dicen que el mejor enfoque es la vigilancia cuidadosa mediante la prueba y el aislamiento de nuevos casos y el seguimiento de sus contactos. Esta es la situación en Hong Kong, por ejemplo. “Estamos experimentando, haciendo observaciones y ajustándonos lentamente”, dice Wu. Él espera que la estrategia evite un gran resurgimiento de infecciones, a menos que el aumento del tráfico aéreo traiga un número sustancial de casos importados.
¿Pero exactamente cuánto rastreo de contacto y aislamiento se requiere para contener un brote de manera efectiva? Un análisis 7 realizado por el Centro para el Modelo Matemático de Enfermedades Infecciosas COVID-19 Working Group en el LSHTM simuló nuevos brotes de contagio variable, comenzando en 5, 20 o 40 casos introducidos. El equipo concluyó que el rastreo de contactos debe ser rápido y extenso (rastrear el 80% de los contactos en unos pocos días) para controlar un brote. El grupo ahora está evaluando la efectividad del rastreo de contactos digitales y cuánto tiempo es factible mantener a las personas expuestas en cuarentena, dice el coautor Eggo. “Encontrar el equilibrio entre lo que en realidad es una estrategia que las personas tolerarán y qué estrategia contendrá un brote, es realmente importante”.
Rastrear el 80% de los contactos podría ser casi imposible de lograr en regiones que aún luchan con miles de nuevas infecciones a la semana, y lo que es peor, incluso los recuentos de casos más altos pueden ser subestimados. Una preimpresión 1 de junio de un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge que analiza los datos de las pruebas COVID-19 de 84 países sugiere que las infecciones globales fueron 12 veces más altas y las muertes un 50% más altas que las informadas oficialmente (ver ‘Predicción de casos y muertes’) . “Hay muchos más casos por ahí de lo que indican los datos. Como consecuencia, existe un mayor riesgo de infección de lo que las personas creen que existe ”, dice John Sterman, coautor del estudio y director del Grupo de Dinámica del Sistema del MIT.
Fuente: Datos de la ref. 1, actualizado con las estimaciones de los autores hasta el 10 de julio de 2020
Por ahora, los esfuerzos de mitigación, como el distanciamiento social, deben continuar el mayor tiempo posible para evitar un segundo brote importante, dice Bhatt. “Es decir, hasta los meses de invierno, donde las cosas se vuelven un poco más peligrosas de nuevo”.
¿Qué pasará cuando haga frío?
Ahora está claro que el verano no detiene el virus de manera uniforme, pero el clima cálido podría facilitar su contención en las regiones templadas. En áreas que se volverán más frías en la segunda mitad de 2020, los expertos creen que es probable que haya un aumento en la transmisión.
Muchos virus respiratorios humanos – influenza, otros coronavirus humanos y virus sincitial respiratorio (VSR) – siguen oscilaciones estacionales que conducen a brotes de invierno, por lo que es probable que el SARS-CoV-2 haga lo mismo. “Espero que la tasa de infección por SARS-CoV-2, y también el posible resultado de la enfermedad, sea peor en el invierno”, dice Akiko Iwasaki, inmunobióloga de la Facultad de Medicina de Yale en New Haven, Connecticut. La evidencia sugiere que el aire seco de invierno mejora la estabilidad y la transmisión de los virus respiratorios 8 , y la defensa inmunológica del tracto respiratorio podría verse afectada por la inhalación de aire seco, agrega.
Además, en climas más fríos, las personas tienen más probabilidades de permanecer en el interior, donde la transmisión del virus a través de las gotas es un riesgo mayor, dice Richard Neher, biólogo computacional de la Universidad de Basilea en Suiza. Las simulaciones realizadas por el grupo de Neher muestran que la variación estacional probablemente afectará la propagación del virus y podría dificultar la contención en el hemisferio norte este invierno 9 .
En el futuro, los brotes de SARS-CoV-2 podrían llegar en oleadas cada invierno. El riesgo para los adultos que ya han tenido COVID-19 podría reducirse, como ocurre con la gripe, pero dependería de qué tan rápido desaparezca la inmunidad a este coronavirus, dice Neher. Además, la combinación de COVID-19, gripe y VSR en otoño e invierno podría ser un desafío, dice Velasco-Hernández, quien está preparando un modelo de cómo podrían interactuar dichos virus.
No se sabe si la infección con otros coronavirus humanos puede ofrecer alguna protección contra el SARS-CoV-2. En un experimento de cultivo celular que involucra SARS-CoV-2 y el SARS-CoV estrechamente relacionado, los anticuerpos de un coronavirus podrían unirse al otro coronavirus, pero no lo deshabilitaron ni neutralizaron 10 .
Para poner fin a la pandemia, el virus debe eliminarse en todo el mundo, lo que la mayoría de los científicos consideran que es casi imposible debido a lo generalizado que se ha vuelto, o las personas deben desarrollar inmunidad suficiente a través de infecciones o una vacuna. Se estima que el 55-80% de una población debe ser inmune para que esto suceda, dependiendo del país 11 .
Desafortunadamente, las primeras encuestas sugieren que hay un largo camino por recorrer. Las estimaciones de las pruebas de anticuerpos, que revelan si alguien ha estado expuesto al virus y ha producido anticuerpos contra él, indican que solo una pequeña proporción de las personas se han infectado, y el modelo de la enfermedad lo respalda. Un estudio de 11 países europeos calculó una tasa de infección del 3 al 4% hasta el 4 de mayo 12 , inferida de los datos sobre la proporción de infecciones y muertes, y cuántas muertes hubo. En los Estados Unidos, donde ha habido más de 150,000 muertes por COVID-19, una encuesta de miles de muestras de suero, coordinada por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU., Encontró que la prevalencia de anticuerpos oscilaba entre 1% y 6.9%, dependiendo de la ubicación 13 .
¿Qué sucede en 2021 y más allá?
El curso de la pandemia el próximo año dependerá en gran medida de la llegada de una vacuna y de cuánto tiempo el sistema inmune se mantenga protector después de la vacunación o la recuperación de la infección. Muchas vacunas brindan protección durante décadas, como aquellas contra el sarampión o la poliomielitis, mientras que otras, como la tos ferina y la gripe, desaparecen con el tiempo. Asimismo, algunas infecciones virales provocan inmunidad duradera, otras una respuesta más transitoria. “La incidencia total de SARS-CoV-2 hasta 2025 dependerá de manera crucial de esta duración de la inmunidad”, escribieron Grad, el epidemiólogo de Harvard Marc Lipsitch y sus colegas en un artículo de mayo 14 explorando posibles escenarios (ver ‘¿Qué sucede después?’).
Fuente: Ref. 14
Los investigadores saben poco hasta ahora sobre cuánto dura la inmunidad contra el SARS-CoV-2. Un estudio 15 de pacientes en recuperación encontró que los anticuerpos neutralizantes persistieron hasta 40 días después del inicio de la infección; Varios otros estudios sugieren que los niveles de anticuerpos disminuyen después de semanas o meses. Si COVID-19 sigue un patrón similar al SARS, los anticuerpos podrían persistir a un nivel alto durante 5 meses, con una disminución lenta durante 2–3 años 16. Aún así, la producción de anticuerpos no es la única forma de protección inmune; Las células B y T de memoria también se defienden contra futuros encuentros con el virus, y hasta ahora se sabe poco sobre su papel en la infección por SARS-CoV-2. Para obtener una respuesta clara sobre la inmunidad, los investigadores deberán seguir a un gran número de personas durante mucho tiempo, dice Michael Osterholm, director del Centro de Investigación y Política de Enfermedades Infecciosas (CIDRAP) de la Universidad de Minnesota, Minneapolis. “Vamos a tener que esperar”.
Si las infecciones continúan aumentando rápidamente sin una vacuna o inmunidad duradera, “veremos una circulación regular y extensa del virus”, dice Grad. En ese caso, el virus se volvería endémico, dice Pulliam. “Eso sería realmente doloroso”. Y no es inimaginable: la malaria, una enfermedad prevenible y tratable, mata a más de 400,000 personas cada año. “Estos peores escenarios están sucediendo en muchos países con enfermedades prevenibles, que ya causan enormes pérdidas de vidas”, dice Bhatt.
Si el virus induce inmunidad a corto plazo, similar a otros dos coronavirus humanos, OC43 y HKU1, cuya inmunidad dura aproximadamente 40 semanas, entonces las personas pueden reinfectarse y podría haber brotes anuales, sugiere el equipo de Harvard. Un informe complementario CIDRAP 17 , basado en las tendencias de ocho pandemias mundiales de influenza, señala una actividad significativa de COVID-19 durante al menos los próximos 18-24 meses, ya sea en una serie de picos y valles que disminuyen gradualmente, o como una “quemadura lenta” de transmisión continua sin un patrón de onda claro. Sin embargo, estos escenarios siguen siendo solo conjeturas, porque hasta ahora esta pandemia no ha seguido el patrón de la gripe pandémica, dice Osterholm. “Estamos en una pandemia de coronavirus para la cual no tenemos precedentes”.
Otra posibilidad es que la inmunidad al SARS-CoV-2 sea permanente. En ese caso, incluso sin una vacuna, es posible que después de un brote de gran alcance mundial, el virus pueda quemarse y desaparecer para 2021. Sin embargo, si la inmunidad es moderada y dura aproximadamente dos años, podría parecer que El virus ha desaparecido, pero podría surgir en 2024, según descubrió el equipo de Harvard.
Ese pronóstico, sin embargo, no tiene en cuenta el desarrollo de vacunas efectivas. Es poco probable que nunca haya una vacuna, dada la gran cantidad de esfuerzo y dinero que se invierte en el campo y el hecho de que algunos candidatos ya están siendo probados en humanos, dice Velasco-Hernández. La Organización Mundial de la Salud enumera 26 vacunas COVID-19 actualmente en ensayos en humanos, con 12 de ellas en ensayos de fase II y seis en fase III. Incluso una vacuna que proporcione protección incompleta ayudaría al reducir la gravedad de la enfermedad y prevenir la hospitalización, dice Wu. Aún así, llevará meses fabricar y distribuir una vacuna exitosa.
El mundo no se verá igualmente afectado por COVID-19. Las regiones con poblaciones más antiguas podrían ver desproporcionadamente más casos en etapas posteriores de la epidemia, dice Eggo; Un modelo matemático de su equipo, publicado el 18 de junio y basado en datos de seis países, sugiere que la susceptibilidad a la infección en niños y personas menores de 20 años es aproximadamente la mitad que la de los adultos mayores.
Hay una cosa que todos los países, ciudades y comunidades tocadas por la pandemia tienen en común. “Hay tanto que todavía no sabemos sobre este virus”, dice Pulliam. “Hasta que tengamos mejores datos, solo vamos a tener mucha incertidumbre”.
Dos décadas de juegos de guerra pandémicos no tuvieron en cuenta a Donald Trump
Los escenarios preveían prohibiciones de viaje con fugas, una lucha por las vacunas y disputas entre los líderes estatales y federales, pero ninguno podía anticipar los niveles actuales de disfunción en los Estados Unidos.
Como todas las pandemias, comenzó siendo pequeña. Un nuevo coronavirus surgió en Brasil, pasando de murciélagos a cerdos y a granjeros antes de dirigirse a una gran ciudad con un aeropuerto internacional. Desde allí, los viajeros infectados lo llevaron a Estados Unidos, Portugal y China. En 18 meses, el coronavirus se había extendido por todo el mundo, 65 millones de personas habían muerto y la economía mundial estaba en caída libre.
Este escenario ficticio, denominado Evento 201, se desarrolló en un centro de conferencias de la ciudad de Nueva York ante un panel de académicos, funcionarios gubernamentales y líderes empresariales en octubre pasado. Los asistentes quedaron conmocionados, que es lo que quería Ryan Morhard. Morhard, especialista en bioseguridad del Foro Económico Mundial en Ginebra, Suiza, le preocupaba que los líderes mundiales no estuvieran tomando la amenaza de una pandemia lo suficientemente en serio. Quería obligarlos a enfrentar el enorme costo humano y económico de un brote global. “Lo llamamos Evento 201 porque estamos viendo hasta 200 eventos epidémicos por año y sabíamos que, eventualmente, uno causaría una pandemia”, dice Morhard.
El momento y la elección de un coronavirus demostraron ser profundos. Solo dos meses después, China informó de un misterioso brote de neumonía en la ciudad de Wuhan, el inicio de la pandemia de COVID-19 que hasta ahora ha matado a unas 650.000 personas.
Morhard no fue el único que dio la alarma. El evento 201 fue una de las docenas de simulaciones y evaluaciones durante las últimas dos décadas que han resaltado los riesgos de una pandemia e identificado brechas en la capacidad de respuesta de los gobiernos y organizaciones de todo el mundo.
Los ejercicios anticiparon varias fallas que se han desempeñado en el manejo de COVID-19, incluidas prohibiciones de viaje con fugas, escasez de equipos médicos, desorganización masiva, desinformación y una lucha por las vacunas. Pero los escenarios no anticiparon algunos de los problemas que han plagado la respuesta a la pandemia, como la falta de pruebas de diagnóstico y los líderes mundiales que rechazan el consejo de especialistas en salud pública.
Lo más sorprendente es que los investigadores de bioseguridad no predijeron que Estados Unidos estaría entre los países más afectados. Por el contrario, el año pasado, los líderes en el campo clasificaron a los Estados Unidos en el primer lugar en el Índice de seguridad sanitaria global, que calificó a 195 países en términos de qué tan bien preparados estaban para combatir los brotes, sobre la base de más de 100 factores. El presidente Donald Trump incluso mostró una copia del informe durante una sesión informativa en la Casa Blanca el 27 de febrero, declarando: “Estamos clasificados como número uno”. Mientras hablaba, el SARS-CoV-2 ya se estaba propagando sin ser detectado por todo el país.
Ahora que los casos de COVID-19 en los Estados Unidos superan los 4 millones, con más de 150.000 muertes, el país ha demostrado ser uno de los más disfuncionales. Morhard y otros especialistas en bioseguridad se preguntan qué salió mal: ¿por qué decenas de simulaciones, evaluaciones y documentos técnicos no lograron predecir o defenderse de los colosales errores cometidos en la nación más rica del mundo? Por el contrario, algunos países que no se habían clasificado tan alto en las evaluaciones, como Vietnam, ejecutaron respuestas rápidas y cohesivas.
Los escenarios aún contienen lecciones sobre cómo frenar esta pandemia y cómo responder mejor la próxima vez. Las pandemias mortales son inevitables, dice Tom Frieden, ex director de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de EE. UU. “Lo que no es inevitable es que seguiremos estando tan mal preparados”.
Mas que un juego
Las simulaciones de pandemias comenzaron a ganar popularidad en la década de 2000. Los especialistas en bioseguridad y salud pública se inspiraron en los ejercicios de juegos de guerra utilizados por los militares, en un esfuerzo por poner a prueba los sistemas de salud, ver qué podría salir mal y asustar a los responsables políticos para que solucionen los problemas. En estos eventos de mesa redonda, académicos, líderes empresariales y funcionarios gubernamentales tomaron decisiones en tiempo real para hacer frente a una crisis en expansión, expresadas en reportajes al estilo de las noticias de televisión.
Dos primeras simulaciones involucraron ataques biológicos, en los que otros países desencadenaron la viruela en los Estados Unidos. La Operación Invierno Oscuro, en 2001, y Atlantic Storm, en 2005, fueron orquestadas por think tanks de bioseguridad en los Estados Unidos y asistieron líderes influyentes, como el exjefe de la Organización Mundial de la Salud (OMS), Gro Harlem Brundtland y Madeleine. Albright, secretario de Estado del ex presidente Bill Clinton (ver “Juegos sin fronteras”).
JUEGOS SIN FRONTERAS
Las simulaciones y los eventos del mundo real han ayudado a influir en la política de preparación para una pandemia a lo largo de los años.
2001: Una simulación de un ataque bioterrorista de viruela, llamado Dark Winter, precede varios meses a una serie de ataques con ántrax en Estados Unidos.
2003: Se informa de síndrome respiratorio agudo severo (SARS) en Asia. Causado por un coronavirus, se propaga a más de dos docenas de países.
2005: La Organización Mundial de la Salud revisa su Reglamento Sanitario Internacional, incluido un acuerdo de los países para mejorar la vigilancia y la notificación de enfermedades.
2009: La influenza H1N1 (‘gripe porcina’) surge en los Estados Unidos.
2014: Se informa de un brote del virus del Ébola en África occidental.
2015: Se confirma un brote de virus Zika en Brasil.
2017: Se lleva a cabo una simulación de pandemia en la reunión del Foro Económico Mundial en Davos, Suiza.
2018: Comienzan dos brotes separados de ébola en la República Democrática del Congo.
2019: El evento 201, una simulación de una nueva pandemia de coronavirus, se lleva a cabo en la ciudad de Nueva York.
2020: la pandemia del SARS-CoV-2 mata a más de 670.000 personas en la primera mitad del año.
Durante el transcurso de Dark Winter y Atlantic Storm, los participantes descubrieron que las luchas de poder entre los líderes federales y estatales empantanaron una respuesta de salud cuando la epidemia se duplicó y cuadruplicó. Los hospitales no pudieron manejar la afluencia de personas que requerían atención y las reservas nacionales de vacunas se agotaron. Tom Inglesby, director del Centro para la Seguridad de la Salud de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, que ayudó a dirigir ambos ejercicios, dice que junto con el nuevo recuerdo de los ataques terroristas y con ántrax en 2001, estos eventos alentaron al Congreso de los Estados Unidos a Actuar. Poco después del ejercicio Dark Winter, el gobierno de los Estados Unidos se comprometió a desarrollar un suministro nacional de vacunas contra la viruela. Y en 2006, el Congreso aprobó la Ley de preparación para pandemias y todos los peligros,para mejorar las capacidades de respuesta médica y de salud pública del país en caso de emergencia. Esto incluyó fondos para la investigación de infecciones emergentes.
La ansiedad por las pandemias también estaba aumentando a nivel internacional. Poco después de que el brote de síndrome respiratorio agudo severo (SARS) en 2003 se extendiera a más de dos docenas de países y matara a 721 personas en China continental, Hong Kong y Taiwán, los 194 estados miembros de la OMS acordaron reforzar las defensas mundiales contra la salud. amenazas a través de un conjunto de reglas denominado Reglamento Sanitario Internacional. Estos incluían compromisos por parte de los países de invertir en la preparación para una pandemia y de informar sobre los brotes a la OMS para que otras naciones pudieran estar alerta. Las regulaciones se pusieron a prueba en 2009, cuando se estima que un virus de influenza H1N1 mató a más de 100,000 personas, y nuevamente en 2013, con la propagación del síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS). Luego vino el brote más grande del mundo del virus del Ébola, en 2014-16, que mató a alrededor de 11,000 personas, aproximadamente la mitad de los infectados.
En respuesta al tamborileo de las epidemias, las Naciones Unidas encargaron un panel para explorar cómo el mundo podría prepararse mejor para futuras amenazas. El informe de 2016 resultante hizo varias recomendaciones, incluida la inversión en vacunas, terapias y diagnósticos para enfermedades infecciosas emergentes, y la necesidad de que “todos los respondedores relevantes” participen en simulaciones de enfermedades infecciosas (consulte go.nature.com/2pc4bst ).
La especialista en salud pública Margaret Hamburg en la simulación de la pandemia Clade X en 2018. Crédito: Johns Hopkins Center for Health Security
En enero de 2017, el Banco Mundial y la Fundación Bill & Melinda Gates en Seattle, Washington, respaldaron una simulación de pandemia en el Foro Económico Mundial en Davos, Suiza, una reunión de líderes mundiales en negocios, política y academia. El ejercicio destacó la necesidad de una mejor coordinación entre las empresas, los gobiernos y las organizaciones sin fines de lucro en lo que respecta a la gestión de las cadenas de suministro globales de equipos médicos, pruebas de diagnóstico, tratamientos y vacunas. El escenario coincidió con el lanzamiento de una fundación con sede en Oslo para desarrollar y distribuir vacunas para infecciones emergentes, llamada Coalition for Epidemic Preparedness Innovations (CEPI). Ha recibido financiación de la Fundación Gates, la organización benéfica biomédica del Reino Unido Wellcome y países como Japón y Alemania. Al mismo tiempo,Morhard y sus colegas se propusieron construir una red que coordinara la logística y las regulaciones a nivel mundial, como las asociadas con el uso de posibles nuevos tratamientos, si se produjera una epidemia. “Estábamos trabajando en eso cuando estalló la pandemia”, dice Morhard. “Pero está claro que todas las cosas en las que trabajamos no estaban a la altura de lo que necesitamos”.
Falsa seguridad
Mientras estos esfuerzos globales estaban en marcha, Inglesby sintió que su propio país no estaba dedicando suficiente atención a prepararse para una pandemia. El hecho de que Estados Unidos haya visto relativamente pocas muertes por MERS y Ébola podría haber dado a los legisladores una falsa sensación de seguridad, dice.
En mayo de 2018, con líderes de la Casa Blanca y el Congreso que nunca se habían enfrentado a una epidemia importante, Inglesby y sus colegas de la Universidad Johns Hopkins organizaron un ejercicio en Washington DC llamado Clade X. Presentaba un virus respiratorio que fue diseñado en un laboratorio. . Una de las primeras lecciones de esta simulación fue que las prohibiciones de viaje no impidieron que el virus ganara terreno. Las infecciones se propagaron rápidamente por debajo del radar porque la mitad de las personas infectadas mostraron pocos o ningún síntoma. Los suministros médicos se agotaron y los hospitales estaban desbordados. Los líderes federales y estatales emitieron mensajes contradictorios. Pasaron más de 20 meses antes de que estuviera disponible una vacuna.
Del ejercicio surgieron seis recomendaciones de primera línea. Estos incluyeron la reducción del tiempo de producción de vacunas y la creación de un “sistema nacional de salud pública sólido y altamente capaz que pueda manejar los desafíos de la respuesta pandémica”. Algunos argumentan, sin embargo, que este énfasis se perdió en discusiones posteriores. Jeremy Konyndyk, investigador principal del Centro para el Desarrollo Global en Washington DC, dice que los miembros de la comunidad de bioseguridad a menudo se han centrado en las vacunas, más que en las complejas deficiencias sistémicas del sistema de salud pública. A menudo pasaron por alto el “juego intermedio” en las respuestas a los brotes.
“Tenemos un final sólido una vez que hay una vacuna, y tenemos un fuerte juego de apertura si los países contienen un brote cuando el número de casos es bajo”, dice. Pero no se presta suficiente atención a aprovechar y coordinar suficientes trabajadores de la salud y recursos biomédicos para evaluar a las personas de manera eficiente, tratarlas, encontrar sus contactos y ponerlas en cuarentena. Este es precisamente el dilema en el que se encuentra Estados Unidos en este momento.
Clade X y otras simulaciones capturaron el desafío del juego medio perdido. Por ejemplo, en un ejercicio realizado por el Departamento de Salud y Servicios Humanos (HHS) de EE. UU. El año pasado, denominado Crimson Contagion, los turistas regresaron de China con un nuevo virus de la gripe que se apoderó de Chicago, Illinois e infectó a 110 millones de estadounidenses (el ejercicio asumió que el patógeno era más contagioso que el SARS-CoV-2). La desorganización se profundizó a nivel local, estatal y federal, a medida que los líderes se apresuraban a implementar políticas y adquirir equipos.
Un informe que siguió a la simulación señaló que el HHS, la agencia que supervisa los CDC y la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), no tiene una autoridad clara para dirigir una respuesta federal a una pandemia o acceso a los fondos para implementar Tal respuesta. Pero al igual que con el Clade X, la discusión después de la simulación se centró en estrategias sencillas de final del juego, como el desarrollo de vacunas, en lugar del fortalecimiento más complicado del sistema nacional de salud pública.
Aún así, al menos Clade X y Crimson Contagion destacaron las debilidades gubernamentales. Estas deficiencias eran menos evidentes en el Índice de Seguridad Sanitaria Global, y en un esfuerzo complementario supervisado por la OMS, llamado Evaluación Externa Conjunta. Cuando se trataba de detectar nuevos patógenos, este ranking elogió a los Estados Unidos por sus redes de laboratorios y “un amplio mercado comercial” para las pruebas de diagnóstico.
A medida que la pandemia de coronavirus ganó velocidad este año, se hizo evidente que Estados Unidos necesitaba más que una capacidad de laboratorio excepcional y legiones de epidemiólogos para contener la propagación del virus.
El ajuste de cuentas
A finales de enero, Inglesby estaba ansioso. El brote de coronavirus se estaba intensificando a un ritmo aterrador en China y se estaba extendiendo a otros países, incluido Estados Unidos. Éstos eran los tipos de señales premonitorias que había conectado a sus simulaciones. Pero la administración Trump pareció ver el brote como un problema de China, dice Inglesby. Durante la tercera semana de enero, Trump publicó un tuit tranquilizador sobre el coronavirus y alrededor de 40 sobre sus audiencias de juicio político, sus mítines y la derrota de los demócratas. La única acción pública que tomó el gobierno fue examinar a los viajeros procedentes de China en busca de síntomas en un puñado de aeropuertos internacionales.
Inglesby sabía que las prohibiciones de viaje y los puntos de control no previenen suficientemente la propagación de agentes patógenos contagiosos. Entonces, el 26 de enero, enumeró una serie de acciones necesarias para preparar a los Estados Unidos para el coronavirus, denominado nCoV, en un hilo de Twitter de 25 partes. “Los líderes mundiales y nacionales deberían mirar hacia adelante a lo que debe hacerse para prepararse para la posibilidad de que nCoV no pueda ser contenido”, escribió. La lista incluía el desarrollo de vacunas, la expansión del equipo de protección personal para los trabajadores de la salud y “un número muy alto de pruebas de diagnóstico confiables”.
El presidente de los Estados Unidos, Donald Trump, ha dejado de lado e ignorado a los expertos en epidemiología. Crédito: Sarah Silbiger / UPI / Bloomberg a través de Getty
Estas acciones son clave para frenar la mayoría de las enfermedades infecciosas, pero, en caso de brote, deben producirse a gran velocidad. Los expertos en bioseguridad habían entretejido esta lección en cada simulación, porque confundir la respuesta en los primeros meses de una epidemia tiene repercusiones catastróficas. J. Stephen Morrison, director de política de salud global en el Centro de Estudios Estratégicos e Internacionales en Washington DC, dice: “No puedes tirarte un pedo durante semanas y luego dar una respuesta confusa, a medias, no muy seria. “
Los investigadores de enfermedades infecciosas también estaban preocupados. Por temor a una transmisión no detectada en los Estados Unidos, los científicos de los estados de Washington, Nueva York y California comenzaron a examinar las pruebas que detectan la secuencia genética del virus a fines de enero, incluido un protocolo desarrollado por investigadores alemanes y difundido por la OMS. Pero sus esfuerzos por implementar pruebas para uso público chocaron con un muro en la FDA, que no estaba lista para autorizarlos. Mientras tanto, los funcionarios de los CDC insistieron en que los laboratorios utilizan exclusivamente las pruebas que ha desarrollado.
Los CDC comenzaron a enviar kits de prueba a los departamentos de salud pública el 6 de febrero. Un domingo por la mañana, tres días después, Kelly Wroblewski, directora de enfermedades infecciosas de la Asociación de Laboratorios de Salud Pública en Silver Spring, Maryland, se despertó con una avalancha de correos electrónicos diciendo que las pruebas no funcionaban. “Siempre supimos que las pruebas de laboratorio eran complicadas, pero es algo que a menudo se pasa por alto en estas simulaciones”, dice Wroblewski; ella había participado en Crimson Contagion solo unos meses antes.
Mientras que los CDC se apresuraron a arreglar las pruebas defectuosas, los laboratorios presionaron para obtener la autorización de la FDA para usar las pruebas que habían estado desarrollando. Algunos finalmente obtuvieron luz verde el 29 de febrero, pero sin coordinación a nivel federal, las pruebas siguieron siendo desorganizadas y limitadas. Y a pesar de los llamamientos de la OMS para implementar el rastreo de contactos, muchos departamentos de salud de la ciudad abandonaron el esfuerzo y el gobierno de EE. UU. No ofreció un plan nacional. Beth Cameron, experta en bioseguridad de la Nuclear Threat Initiative en Washington DC, que se centra en cuestiones de seguridad nacional, dice que la coordinación podría haber sido ayudada por una oficina de la Casa Blanca responsable de la preparación para una pandemia. Cameron había liderado un grupo así durante la presidencia de Barack Obama, pero Trump lo desmanteló en 2018.
En marzo, los CDC dejaron de dar conferencias de prensa y vieron disminuido su papel cuando la administración Trump aseguró al público que el coronavirus no era tan malo como decían los expertos en salud pública. Un editorial en The Washington Post en julio de cuatro exdirectores de los CDC, incluido Frieden, describió cómo la administración Trump había silenciado a la agencia, revisado sus directrices y socavado su autoridad para tratar de manejar la pandemia . Trump también ha cuestionado el juicio de Anthony Fauci, director del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas y destacado científico del Grupo de Trabajo sobre el Coronavirus de la Casa Blanca.
La confusión surgió en la mayoría de las simulaciones de pandemias, pero ninguna exploró las consecuencias de que la Casa Blanca dejara de lado a su propia agencia de salud pública. Quizás deberían haberlo hecho, sugiere un científico que ha trabajado en el sistema de salud pública de los Estados Unidos durante décadas y pidió permanecer en el anonimato porque no tenía permiso para hablar con la prensa. “Necesitas gasolina en el motor y los frenos para que funcionen, pero si el conductor no quiere usar el auto, no vas a ir a ninguna parte”, dice el científico.
Por el contrario, Nueva Zelanda, Taiwán y Corea del Sur mostraron que era posible contener el virus, dice Scott Dowell, un especialista en enfermedades infecciosas de la Fundación Gates que pasó 21 años en los CDC y ha participado en varias simulaciones. Los lugares que han funcionado bien con COVID-19 tuvieron “una acción temprana y decisiva por parte de sus líderes gubernamentales”, dice. Cameron está de acuerdo: “No es que Estados Unidos no tenga las herramientas adecuadas, es que no estamos eligiendo usarlas”.
Se acerca el final del juego
Quizás la mayor limitación de los ejercicios de simulación fue que en realidad no impulsaron a los encargados de formular políticas a priorizar y financiar mejoras en el sistema de salud pública. Morrison ahora se pregunta si es posible hacerlo solo a través de simulaciones o si las personas deben experimentar una epidemia de primera mano.
Después de que más de 70 personas murieron en Taiwán como resultado del SARS en 2003, el gobierno trazó su red de respuesta a emergencias. “Todos los años desde entonces, durante los últimos 17 años, han realizado ejercicios anuales de brote y han practicado, practicado, practicado”, dice Morrison. Cuando se informaron los primeros casos de coronavirus en China continental, los sistemas bien engrasados de Taiwán se pusieron rápidamente en marcha. A pesar de su proximidad al brote, Taiwán ha tenido solo siete muertes por COVID-19 hasta el momento.
Ahora, Estados Unidos también ha experimentado una tragedia. El número diario de nuevos casos de COVID-19 batió récords durante gran parte de julio, después de que muchos estados intentaron reabrir sus economías. Frieden dice que una de las acciones más cruciales ahora es que los departamentos de salud fortalezcan sus sistemas de respuesta mediante el análisis de datos en tiempo real, para que puedan adaptar las intervenciones según sea necesario. “El mejor programa de salud pública es un programa que utiliza datos en tiempo real para tomar decisiones en tiempo real”, dice. “La vida real es nuestro ejercicio”.
Pero el juego final que recibió la mayor atención después de muchas simulaciones (medicamentos y vacunas) podría ser la única salida para países, como Estados Unidos y Brasil, que no pudieron contener el virus. Aquí, también, las simulaciones han advertido sobre los esfuerzos desarticulados de gobiernos y empresas. Los expertos en bioseguridad esperan que el CEPI y otras iniciativas para coordinar la investigación y la asistencia finalmente valgan la pena.
Mirando hacia el futuro, muchos esperan que los errores en el manejo del coronavirus estimulen un restablecimiento fundamental en la forma en que los políticos estadounidenses piensan sobre la preparación para una pandemia. Esto significa reestructurar los sistemas de salud, empoderar a los líderes de salud pública y garantizar que todos los componentes funcionen al unísono en caso de crisis.
Hacia el final del ejercicio del Evento 201 en la ciudad de Nueva York el año pasado, los participantes vieron un falso informe de noticias que pronosticaba que la crisis financiera duraría años, o incluso una década. Pero los impactos sociales, incluida la pérdida de fe en el gobierno y los medios, podrían durar aún más. El reportero de televisión firmó con una pregunta: “¿Estamos como comunidad global ahora finalmente listos para hacer el arduo trabajo necesario para prepararnos para la próxima pandemia?”
La pandemia en esa simulación no logró convencer a los responsables políticos para que actuaran. Queda por ver si este lo hará.
