Desenvolupen una eina per a predir escenaris que podrien donar-se pròximament davant la pandèmia

Quin efecte tindria una reducció del 50% dels contactes de xiquets amb persones majors, amb o sense màscara? I un confinament per barris? I si s'obriren els centres educatius? Aquests i molts altres escenaris són els que permet simular una nova eina informàtica en el desenvolupament de la qual estan participant investigadors de la Universitat Politècnica de València. LOIMOS permetrà simular i avaluar els efectes de diferents escenaris epidemiològics de la COVID-19 i preveure l'evolució de la pandèmia davant futures mutacions del virus, en el que es vaticina que seran les noves onades de la malaltia.

El projecte està liderat per la Fundació per a la Investigació Biomèdica de l'Hospital Universitari Ramón y Cajal (FIBio-HRC) i compta amb la col·laboració de l'empresa tecnològica Biotech Vana S.L. És a més una de les propostes seleccionades de la convocatòria de projectes d'investigació sobre el SARS-COV-2 i la malaltia COVID 19 impulsada pel Ministeri de Ciència i Innovació a través de l'Institut de Salut Carles III.

Segons explica José Mª Sempere, del Grup d'Investigació en Autòmats, Llenguatges Formals i les seues Aplicacions (ALFA)-Institut VRAIN de la UPV, LOIMOS es desenvoluparà sota el paradigma de la computació amb membranes (membrane computing), que permet dissenyar el comportament del virus en diversos entorns.

“El disseny virtual del comportament biològic del virus i de les actuacions de tots els elements que l'envolten, com ara les persones infectades, sanes i recuperades, les decisions sobre aïllaments en espais públics (departaments en hospitals, escoles, empreses...), la jerarquització dels territoris en àrees físiques (barris, municipis, províncies...), etc. permetran avaluar la incidència del virus sota diferents situacions dissenyades "a la carta" i observar la seua evolució en projeccions temporals”, explica Sempere.

D'aquesta manera, el model se centrarà en un conjunt inicial de paràmetres, i permetrà simular canvis en cadascun d'ells i predir quines serien les repercussions d'aquestes variacions. “Podem dibuixar múltiples escenaris, plantejar múltiples preguntes, fins i tot variant diferents taxes o accions; i amb el nostre model predir els seus efectes”, destaca Marcelino Campos, membre també del grup ALFA-VRAIN de la Universitat Politècnica de València.

Paràmetres que inclou el model

Entre els paràmetres que inclourà LOIMOS es troba l'estructura poblacional bàsica de l'àmbit d'estudi (xiquets, joves, majors); taxa d'individus portadors del COVID 19 en cada grup per franja d'edat; taxa de contacte per grups d'edat o temps de contacte diaris a menys de dos metres. El model permet també treballar amb variacions en el propàgul viral -quantitat mínima de virus per a contagiar a una persona sana; la taxa de transmissió viral per minut a una persona no contagiada, així com la taxa en funció del temps des del contagi i el nivell de supervivència del virus en superfícies.

Altres variables són la taxa de reducció de la transmissió, el temps d'aparició de resposta immunitària antiviral en xiquets, joves, adults, i majors i fins i tot la taxa de protecció amb una eventual vacuna antiviral en proporció d'individus vacunats.

“L'avantatge essencial del model és que es poden atorgar valors a cadascun d'aquests paràmetres en funció dels rangs esperats, desitjats, o efectivament comprovats, i observar l'efecte que tindran en l'estructura dinàmica de l'epidèmia. Però, sobretot, dóna la possibilitat de modificar simultàniament diferents valors o rangs d'estudi, la qual cosa permet fer prediccions dels "efectes" que podrien resultar de determinades intervencions, ajudant així a la presa de decisions. El sistema és fàcilment escalable, ja que permet la introducció de noves observacions o coneixements, conformant un autèntic laboratori de proves virtual”, destaca José Mª Sempere.

Sobre la computació amb membranes La computació amb membranes en la qual es basa l'eina LOIMOS és un paradigma de computació natural proposat pel Dr. Gheorghe Paun en 1998. El seu fonament s'inspira en el comportament de la cèl·lula eucariota visca com a processador d'informació bioquímica de manera paral·lela, distribuïda i no determinista que permet una aproximació estocàstica fonamental per al modelatge de sistemes biològics, tal com el que s'aplica en aquest projecte.

El principal avantatge i novetat que incorpora la computació amb membranes respecte a altres eines epidemiològiques és la interacció multijeràrquica i multinivell dels diversos actors dels escenaris de la pandèmia. Aquestes interaccions es propaguen a tots els nivells del sistema, la qual cosa permet variar diversos elements simultàniament i conéixer els seus efectes en franges temporals i, per tant, ajuda a la presa de decisions a nivell soci-sanitari.

Experiència prèvia

L'any 2015, l'equip de l'Institut VRAIN de la UPV, la Fundació per a la Investigació Biomèdica de l'Hospital Universitari Ramón y Cajal, i Biotech Vana S.L., va desenvolupar la plataforma ARES (Antibiotic Resistance Evolution Simulator), que ha sigut internacionalment reconeguda per a l'estudi de les dinàmiques de transmissió de les resistències a antibiòtics.

“Ara, aprofitem la nostra experiència en el desenvolupament d'ARES per al disseny i implementació de LOIMOS i s'espera que en un curt període de temps tinguem preparada la primera versió de l'eina per a ser validada i provada en diversos ambients de presa de decisions, fonamentalment hospitalaris i de gestió sanitària”, conclou Marcelino Campos.