Varios científicos ya tienen copias exactas de órganos de sus pacientes en sus computadoras, donde pueden predecir comportamientos extraños, prevenir enfermedades y brindar el mejor tratamiento existente
Por un momento imaginemos que nuestro médico de cabecera tiene una copia digital de cada uno de nosotros almacenada en su computadora. Ese gemelo digital funciona como un voluntario que siempre está ahí para nosotros: ante cualquier accidente o enfermedad, los expertos prueban primero el tratamiento en él. Este clon puede respirar y caminar, pero también romperse una pierna o desarrollar enfermedades cardiovasculares.
Aunque suena a ciencia ficción, investigadores de todo el mundo ya trabajan en esa tecnología y son varios los ejemplos que se han alcanzado en los últimos años gracias a la inteligencia artificial y a las supercomputadoras que procesan millones de datos en segundos.
Como por ejemplo el del Hospital Universitario de Heidelberg, en Alemania, donde reposa una réplica exacta de un corazón real de un paciente que se ve y palpita igual que el original, pero además, célula por célula, y músculo por músculo, es idéntico al verdadero. Básicamente es un gemelo de su corazón, pero la particularidad es que vive y “respira” sólo a través de la pantalla.
También se ha logrado un progreso notable en la creación de gemelos digitales de células simples en la Universidad de StanfordO el proyecto que encaró como propio el doctor Steve Levin cuando su hija nació con una cardiopatía congénita y decidió recrear su corazón en realidad virtual. Una tecnología que ahora intenta ayudar a niños con enfermedades cardíacas raras y difíciles de tratar. Levin creó el proyecto Living Heart de la empresa Dassault, que ha logrado crear un modelo virtual preciso del corazón humano que se puede probar y analizar, lo que permite a los cirujanos representar una serie de escenarios hipotéticos para el órgano, utilizando diversos procedimientos y dispositivos médicos.
Estos gemelos digitales son prototipos computacionales extremadamente detallados que simulan las características y el comportamiento de su equivalente físico y que pueden aplicarse en una gran variedad de campos y situaciones. Los gemelos digitales (o digital twins) son una de las tendencias tecnologías más llamativas de los últimos años ya que prometen tener una gran variedad de aplicaciones.
Gracias al internet de las cosas (IoT), estas copias están vinculadas al mundo físico y ofrecen información del mismo en tiempo real. De hecho, existen ya grandes corporaciones como Digital Twin Consortium de Estados Unidos, que aplican esta tecnología a distintas áreas como la aeroespacial y defensa, recursos naturales, construcción y ciudades inteligentes, manufacturing o proceso de fabricación y el cuidado de la salud.
El ejemplo más reciente es el que tiene lugar en Barcelona, entre los muros de una capilla del siglo XIX, donde un corazón virtual, con sus 100 millones de parches de células simuladas, es un gemelo digital completamente funcional de la anatomía humana, que bombea a un ritmo pausado mientras prueba distintos tratamientos, desde medicamentos hasta implantes. Un gemelo digital no es un avatar en el metaverso, tampoco una clonación genética. Un gemelo digital es una representación informática de la realidad y su contexto. Así se puede simular cómo va a reaccionar y tomar decisiones.
Este gemelo digital pulsa por ejemplo, dentro de MareNostrum, una supercomputadora utilizada por científicos para simular características del mundo real al más mínimo detalle, desde cómo se mueve el corazón hasta los átomos cargados que entran y salen de sus células. Su funcionamiento digital está comenzando a ayudar a los médicos a predecir cómo responderá un corazón verdadero de un paciente a un tratamiento particular. Los expertos que están involucrados en estos proyectos piensan que la actual medicina está atrasada y que este esfuerzo mundial para crear células, tejidos y órganos virtuales es algo revolucionario de la medicina moderna.
Actualmente, los médicos tratan de descubrir cuál es el mejor tratamiento para sus pacientes evaluando ensayos clínicos anteriores en sujetos que son un poco como sus pacientes presentes, en circunstancias similares pero no idénticas. Sin embargo, ya los médicos pueden usar gemelos digitales, que ven el intercambio de datos y conocimientos entre un ser humano real y virtual, para predecir mejor lo que les espera a los pacientes, ayudando a lo que es en su mayoría una talla única. -todo enfoque evoluciona hacia uno verdaderamente predictivo y personalizado.
Volviendo al ejemplo alemán en Heidelberg, los científicos recopilaron millones de datos de un corazón a partir de una serie de exámenes de resonancia magnética, tomografías computarizadas, entre otros procedimientos que se hizo el paciente en varios chequeos de hospital. Luego, con cada nuevo dato, un programa dotado con avanzada Inteligencia Artificial (AI) formó redes neuronales que permitieron moldear un modelo fisiológico del órgano a multiescala.
Su función básicamente es llevar un registro actualizado de los latidos, la presión arterial, la respiración, y cualquier otro dato relevante del corazón del paciente para predecir con más exactitud sus riesgos a futuro. Esto es posible gracias a que los datos recolectados por la AI pueden contactarse instantáneamente a la nube. Y si el médico lo requiere pueden contrastarse con estudios científicos alrededor del mundo, pues por medio de algoritmos la tecnología reconoce patrones comunes, aplica lo aprendido y ofrece análisis predictivos.
“Podríamos predecir con semanas o meses de anticipación qué pacientes se enfermarán o cómo reaccionará un paciente en particular a cierta terapia. Eso podría revolucionar la medicina”, señaló el cardiólogo Benjamin Meder, quien ha hecho pruebas con el software digital del corazón, en el Hospital Universitario de Heidelberg. La ciencia ha probado con éxito esta tecnología en otros casos. En 2017, por ejemplo, fue posible realizar la separación exitosa de dos hermanas siamesas en la Universidad de Minnesota gracias a la navegación en realidad aumentada que sirvió para identificar los defectos anatómicos antes de intervenirlos.
Historia de los órganos virtuales
Desde la década de 1950 que los órganos virtuales vienen pensándose. Un trabajo realizado por los científicos británicos Alan Hodgkin y Andrew Huxley que estudiaron cómo se propagan los impulsos nerviosos en un calamar fue el puntapié de la avanzada médica de hoy. Sus estudios le valdrían un premio Nobel a los expertos.
En 1959, un joven científico inglés, Denis Noble, comenzó a aplicar los conocimientos de Hodgkin y Huxley a las células del corazón. Se dio cuenta de que le llevaría meses usar una calculadora de manivela para calcular lo que sucede durante medio segundo en una sola célula cardíaca y, como resultado, recurrió al Ferranti Mercury, una computadora de válvula en Bloomsbury, Londres, que pesaba una tonelada y podía hacer 10.000 operaciones de coma flotante cada segundo.
Hoy la situada en Barcelona, llamada MareNostrum gestiona 1000 millones de millones. Después de unas pocas semanas, Noble trazó los resultados de un teleimpresor y se sorprendió al ver que la célula de su corazón virtual estaba “latiendo”. Eso lo llevó a mudarse a Oxford en 1963 y perfeccionar su modelo de células cardíacas con colegas, como el neozelandés Peter Hunter. Para la década de 1980, tenían una comprensión razonable de las actividades eléctricas, químicas y mecánicas involucradas en la contracción de una sola célula cardíaca, resumida en alrededor de 30 ecuaciones.
A finales de la década, trabajando con el ingeniero biomédico estadounidense Rai Winslow, Noble comenzó a trabajar en un modelo de órgano completo del corazón en una máquina de conexión, una de las primeras supercomputadoras comerciales del mundo basada en procesamiento paralelo. Esto allanó el camino para los gemelos digitales del corazón.
“En 10 años vamos a ver gemelos digitales de las personas. La tecnología no es mala de por sí, la cuestión es el uso que se haga de ella. Ya tenemos la tecnología necesaria para empezar a conseguirlo, ahora hace falta mantener un debate ético y desarrollar una ley que lo regule”, aseguró Eduard Loscos, presidente de Building Digital Twin Association (BDTA) y director de I+D de IDP Group.
“Así que, más allá de la regulación, que es súper importante y se da por descontado, también es fundamental el conocimiento de los ciudadanos y la responsabilidad individual. La gente tiene que saber lo que está en juego y lo que peligra, si se hace un mal uso de esta tecnología, son los derechos y las libertades conquistadas por la humanidad hace ya más de 100 años, advirtió el experto.
Hoy, en Oxford, el equipo de la profesora de Medicina Computacional Blanca Rodríguez ha superado otro hito importante para los gemelos digitales del corazón. En un “ensayo de drogas” virtual, por ejemplo, donde se probaron 62 fármacos y compuestos de referencia en más de 1000 simulaciones de células cardíacas humanas, su equipo predijo el riesgo de que las drogas causaran ritmos cardíacos anormales con un 89% de precisión.
Cuando compararon estas predicciones por computadora con los datos obtenidos de estudios con animales comparables realizados previamente, la investigación con animales fue menos precisa (75 %).
Y respecto al avance en Barcelona, los científicos del Centro de Supercomputación han desarrollado su Alya Red modelo de corazón gemelo digital, que consiste en alrededor de 100 millones de parches de células cardíacas virtuales, cada una de las cuales se describe mediante alrededor de 50 ecuaciones.
Para sus gemelos digitales cardíacos de alta resolución más detallados, Alya Red puede tardar 10 horas en simular 10 latidos cardíacos, con “sangre” que corre a través de él que revelan flujos vigorosos dentro de los ventrículos que pueden estar enfermos. De esta forma, el gemelo digital puede revelar cómo un corazón que falla, pierde su capacidad de bombear, o la peligrosa arritmia causada por los medicamentos para el corazón. Al trabajar con la empresa de tecnología médica Medtronic, las simulaciones de Alya Red pueden ayudar a colocar un marcapasos, ajustar su estímulo eléctrico y modelar sus efectos.
Pero los gemelos digitales no son nuevos en el mundo. Su origen se remonta a la NASA. Tiempo después de que los hombres llegaran a la Luna, los científicos espaciales desarrollaron simuladores virtuales para replicar el funcionamiento de sus naves. Su objetivo era lograr que las misiones tuvieran éxito y preservar la vida de los astronautas.
Sin embargo, no fue hasta la masificación del Big Data y el internet de las cosas que los gemelos digitales ganaron terreno en todas las industrias. Pero sin dudas, en el sector médico es donde más esperanza de vida genera.
Fuente: INFOBAE
