Las nuevas tecnologías están cambiando el mundo, y aunque en algunas ocasiones su implementación se vea rodeada de controversias, en otras no hay discusión. Es el caso del gemelo digital, cuya aplicación en la lucha contra el cáncer infantil no puede ser más bienvenida.
Inteligencia artificial, Big Data, modelos matemáticos son solo algunas de las tecnologías que hacen posible los gemelos virtuales o Digital Twin, un concepto que ya se viene utilizando desde hace años en el sector industrial y que es una de las tendencias tecnológicas más pujantes de este año.
Se trata de crear una réplica virtual de un objeto o proceso para simular el comportamiento de un homólogo real. La finalidad no es otra que analizar su comportamiento y eficacia en determinados supuestos para poder mejorar su eficacia.
Aplicado al campo de la medicina, y en concreto a la lucha contra el cáncer, se trata de crear un gemelo virtual personalizado que contiene información precisa del paciente. Se utiliza para simular su posible respuesta a un tratamiento e intentar predecir las probabilidades de éxito.
¿Qué es un gemelo digital?
Según IBM, un gemelo digital es “un modelo virtual diseñado para reflejar con precisión un objeto físico. El objeto en estudio (por ejemplo, una turbina eólica) está equipado con varios sensores relacionados con áreas vitales de funcionalidad”.
“Estos sensores —continúan— producen datos sobre diferentes aspectos del rendimiento del objeto físico, como la producción de energía, la temperatura, las condiciones climáticas y más. Luego, estos datos se transmiten a un sistema de procesamiento y se aplican a la copia digital”.
Una vez que se procesan estos datos, el gemelo virtual “se puede utilizar para ejecutar simulaciones, estudiar problemas de rendimiento y generar posibles mejoras. El objetivo es generar información valiosa que luego se puede aplicar de nuevo al objeto físico original”.
Con esta definición queda claro que, como decíamos antes, la idea del gemelo digital surgió en el ámbito industrial. El concepto fue nombrado por primera vez por David Gelernter en su libro ‘Mirror Worlds’ de 1991. Sin embargo, es al ingeniero informático Michael Grieves a quien se le atribuye la primera aplicación del gemelo digital a la fabricación en 2002.
De todos modos, la idea de utilizar un gemelo digital como medio para estudiar un objeto físico viene de la NASA, que en los años 60 fue pionera en el uso de esta tecnología: recrearon todas sus naves creando un digital twin en tierra con el que realizar simulaciones y experimentos.
Digital twin en medicina
Sin embargo, el concepto ha ido evolucionando, incluso hasta el punto de que en vez de gemelo digital se empiece a hablar de gemelo híbrido, capaz de corregirse a sí mismo a partir del modelo inicial y haciendo uso de los datos “aprendidos”. Por el camino, como era de esperar, ha aterrizado en multitud de campos, incluido el de la medicina.
Eso sí, al estar hablando de crear modelos digitales de “elementos vivos”, la dificultad es mayor y las variables más complicadas. Como ocurre también, por ejemplo, en campos como la agricultura, donde el concepto aún está dando sus primeros pasos.
Por eso no es de extrañar que los gemelos digitales no aparecieran en el campo de la salud hasta hace pocos años. En concreto, fue en 2018 cuando, en el Congreso Anual de la Sociedad Radiológica de Norteamérica, Siemens Healthineers presentó la tecnología de gemelo digital en la salud con un modelo virtual de un corazón.
Con ello adaptaban el concepto de los modelos digitales, ampliamente utilizados en la industria para optimizar procesos de manufactura, a los órganos humanos. Lógicamente, el caso de la medicina tiene variantes muy importantes, como el hecho de que, a diferencia de los procesos industriales que se basan en datos genéricos, aquí se utilizan datos personales.
De hecho, para crear un modelo digital requiere de recopilar todos los datos que sea posible del paciente concreto, tomados durante diferentes momentos de su vida (resonancias, análisis de sangre, tomografías…), para poder crear un modelo fisiológico completo y actualizable.
Esto implica unas capacidades de procesamiento y una cantidad de datos ingentes, mayores que lo habitual en gemelos digitales de tipo industrial, pero necesarios para que este tipo de proyectos tengan éxito.
El proyecto Leukodomics
La idea del gemelo digital ha sido recogida por el Hospital público Niño Jesús de Madrid para realizar una investigación pionera en pacientes con leucemia. Se trata de crear gemelos virtuales de niños y adolescentes diagnosticados con este tipo de cáncer con el fin de simular su respuesta a los tratamientos e intentar predecir su evolución, las probabilidades de éxito, las posibles toxicidades y la evolución a largo plazo del paciente.
Se denomina ‘Leukodomics’ y se va a llevar a cabo con un equipo de especialistas en Informática, Matemáticas, Física y Biología, dentro de un consorcio integrado por expertos de la Universidad Complutense de Madrid y el I+12 (Instituto de Investigación del Hospital público 12 de Octubre), la Universidad de Castilla-La Mancha, la Universidad Francisco de Vitoria y el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), todo ellos coordinados por los oncólogos pediátricos del Hospital Niño Jesús.
Los investigadores a cargo del proyecto ‘Leukodomics’ (de izquierda a derecha): Manuel Ramírez Orellana, Francisco Monroy, Diego Herráez, Carlos Torroja y Gabriel Fernández.
Para llevarlo a cabo van a generar gemelos digitales de los pacientes en los que se integrará la información de cada uno (diagnóstico, respuesta al tratamiento, fondo genético…) y la de sus células malignas (mutaciones genéticas, subprogramas de expresión génica, arquitectura del genoma y características biomecánicas).
Gracias a este modelo personalizado esperan poder predecir la evolución del cáncer en distintos escenarios simulados y sin ser necesaria una intervención directa del paciente, minimizando así el nivel de riesgo terapéutico.
El proyecto, que tendrá una duración de dos años, está financiado con fondos europeos y es pionero al ser la primera vez que se utilizan modelos computacionales de enfermedad y ciencia de datos para crear un gemelo digital con el que avanzar en la investigación de la leucemia infantil.
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