Título: Proyecto I+D+i CHRONOlight: Iluminación biodinámica de amplio espectro para la crono-regulación biológica y la neutralización de patógenos en centros hospitalarios.
ENTIDAD FINANCIADORA: Ministerio de Ciencia e Innovación.
REFERENCIA: PID2020-117563RB-I00
DURACIÓN DEL PROYECTO: 2021-2024
RESPONSABLES: Acosta García, Ignacio Javier / Domínguez Amarillo, Samuel.
PRESUPUESTO: 290.158,00 euros.
 
INVESTIGADOR/ES O PARTICIPANTE/ES:
Laura Bellia
Miguel Ángel Campano Laborda
Francesca Fragliasso
José Luis Gutiérrez
Francesc Jordana
Ana Méndez Santos
María de los Ángeles Murillo Pozo
Elia Sánchez Valderrábanos
 
CONTRATADO/S:
 
COLABORADOR/ES:
 
FECHA DE INICIO: 01/09/2021
FECHA DE FINALIZACIÓN: 01/09/2024
 
RESUMEN: En la última década, numerosos estudios han demostrado la importancia de los ritmos circadianos y su impacto en la salud. Recientes publicaciones del Lighting Research Center (LRC) de Nueva York, del Departamento de Cronobiología de la Universidad de Harvard y de la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) han cuantificado los efectos nocivos de la alteración de dicho ritmo a causa de una iluminación inadecuada: disrupción del sueño, incremento de padecer enfermedades cardiovasculares, cáncer, obesidad o depresión.
Los últimos avances en tecnología LED y biomedicina han alentado el desarrollo de las luminarias multicanales, las cuales permiten adaptar la distribución espectral de la luz a los requerimientos de los marcadores cronobiológicos del ser humano. Existe, no obstante, una carencia de ensayos bioquímicos que orienten el desarrollo de las métricas necesarias para promover un adecuado diseño luminotécnico, acorde a los requerimientos de salud y bienestar.
 
En este contexto, numerosos estudios han confirmado que la luz ultravioleta (UV) permite la inactivación de bacterias cuando emite en un pico espectral de 380 nm de longitud de onda y fomenta la ruptura de las cadenas de ARN y ADN de los virus y bacterias en los rangos de emisión de 220 y 270 nm. La tecnología de control actual permite utilizar la iluminación UV de forma segura en entornos sanitarios. Los estudios actuales muestran resultados prometedores en la neutralización de virus, entre ellos el SARS-CoV-2, así como en la eliminación de bacterias responsables de enfermedades nosocomiales. No obstante, resulta necesario el desarrollo de estrategias optimizadas para el uso adecuado de la luz UV en entornos operativos reales, ya que su eficacia depende no sólo de la cantidad de energía aportada —entre 5 y 25 mJ/cm²—, sino también de la duración y secuencias de radiación.
 
El objetivo principal de CHRONOlight es el desarrollo y posterior optimización de un sistema de iluminación biodinámica de amplio espectro, que contribuya a la recuperación y a la mejora de la salud de los pacientes hospitalarios y de sus cuidadores. Para lograr este propósito, el sistema de iluminación reproducirá una distribución espectral acorde a la adecuada regulación de los marcadores cronobiológicos, según las mediciones bioquímicas de cortisol y melatonina, al tiempo que contribuirá a la eliminación o neutralización de patógenos en entornos sanitarios mediante la emisión de luz UV, evitando la proliferación de enfermedades nosocomiales y de virus. La optimización del espectro, energía aportada y secuencia de la luz UV integrada en el prototipo de luminaria será testeado en un entorno de laboratorio con lentivirus pseudotipados con proteínas spike del SARS-CoV-2 y finalmente con SARS-CoV-2.
 
Para alcanzar este objetivo, se propone un equipo multidisciplinar integrado por arquitectos e ingenieros especialistas en iluminación, personal asistencial y facultativos de las áreas clínicas implicadas en el proyecto, bioquímicos expertos en la medición de marcadores cronobiológicos, microbiólogos para la determinación de la neutralización de patógenos y médicos especialistas en bioquímica y prevención de riesgos laborales.
 
La prueba de concepto se realizará en el Hospital Infantil del complejo del Hospital Universitario Virgen del Rocío de Sevilla, donde se instalará el sistema de iluminación en los servicios de unidad de cuidados intensivos, así como en zonas de neurocirugía y cardiología. La propuesta cuenta con el apoyo y participación de los jefes de servicio, además de la dirección médica del hospital. La empresa SIMON lighting, compañía multinacional especialista en soluciones avanzadas en iluminación, colabora con la propuesta poniendo a disposición su departamento de investigación y ejecutando los prototipos de luminarias.
 
 
SUMMARY: In the last decade, numerous studies have shown the importance of circadian rhythms and their impact on human health. Recent publications from the Lighting Research Center (LRC) in New York, the Department of Chronobiology at Harvard University and the International Commission on Lighting (CIE) have quantified the harmful effects of altering this rhythm due to inadequate lighting: sleep disruption, increased risk of cardiovascular disease, cancer, obesity or depression.
The latest advances in LED technology and biomedicine have encouraged the development of multi-channel luminaires, which allow the adaptation of the light spectral distribution to the requirements of human chronobiological markers. However, there is a lack of biochemical tests that guide the development of the metrics needed to promote a suitable lighting design according to the requirements of health and well-being.
 
Given this context, numerous studies have confirmed that ultraviolet light (UV) allows the inactivation of bacteria when it emits with a spectral peak of 380 nm wavelength and promotes the breakdown of the DNA and RNA chains of viruses and bacteria in emission ranges of 220 and 270 nm. Present control technology allows a safe use of UV lighting in healthcare facilities. Current studies in this research line show promising results in the neutralization of viruses, including SARS-CoV-2, as well as the elimination of bacteria responsible for nosocomial diseases. However, it is necessary to develop optimized strategies for the suitable use of UV light in real operating environments, since its effectiveness depends not only on the amount of energy supplied—between 5 and 25 mJ/cm²—but also on the duration and radiation sequences.
 
The main objective of CHRONOlight is the development and subsequent optimization of a biodynamic wide spectrum lighting system, that contributes to the recovery and health improvement of hospital patients and their caregivers. To achieve this aim, the lighting system will render a spectral distribution according to the suitable regulation of chronobiological markers, based on biochemical measurements of cortisol and melatonin, while contributing to the elimination or neutralization of pathogens in healthcare facilities through the emission of UV light, avoiding the proliferation of nosocomial diseases and viruses. The optimization of the spectra, energy amounts and sequences of the UV light built-in the luminaire prototype will be tested in a laboratory environment with lentiviruses pseudo-typed with SARS-CoV-2 spike proteins and finally with SARS-CoV-2.
 
To meet this objective, a multidisciplinary team is proposed, made up of architects and engineers specializing in lighting, healthcare personnel and physicians from the clinical areas involved in the project, biochemists experts in chronobiological markers, microbiologists for determining the pathogens neutralization, and medical specialists in biochemistry and prevention of occupational hazards.
 
The proof of concept will take place in the Children Hospital of the Virgen del Rocío University Hospital Complex in Seville, where the lighting system will be developed in the intensive care unit, neurosurgery and cardiology hospitalization areas. The proposal has the support of the aforementioned heads of service, in addition to the medical direction of the hospital. SIMON lighting, a multinational company specialist in advanced lighting solutions, collaborates with the proposal providing its research department and executing the prototypes of luminaires .
 
 
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