Los médicos cuentan con réplicas virtuales de órganos y sistemas del cuerpo humano que ayudan a reducir errores en cirugías y mejora los tratamientos
El uso de modelos virtuales en la medicina está transformando la forma en la que los profesionales de la salud abordan los diagnósticos, tratamientos e intervenciones quirúrgicas. Los corazones virtuales fueron los pioneros en ayudar a los médicos a evitar errores en el quirófano y han marcado el comienzo de una nueva era.
Ahora, la tecnología se ha extendido a otros órganos vitales, como pulmones, hígados, cerebros, articulaciones, ojos y vasos sanguíneos. En el futuro, podríamos contar con un duplicado completo del ser humano.
Los gemelos digitales son réplicas precisas de órganos y sistemas del cuerpo humano. Permiten a los médicos y científicos simular y estudiar con detalle el comportamiento de los órganos sin necesidad de intervenir directamente en los pacientes. Su uso ha ayudado ha reducir significativamente el margen de error en las operaciones y ha mejorado los resultados para los pacientes.
Se construyen a partir de la recopilación de una gran cantidad de datos, como historiales médicos, imágenes diagnósticas (resonancias magnéticas, tomografías computarizadas, ultrasonidos) e información genética, entre otras. Una de las características más positivas es la capacidad de personalizar los tratamientos. Los médicos cuenta con un “paciente virtual” que sirve como modelo de un paciente real.
De este modo se puede analizar de manera simulada el estado de salud, la respuesta ante variados tratamientos, el impacto de una enfermedad o incluso considerar el impacto de los determinantes sociales o ambientales en su salud. Con lo cual se minimizan los riesgos de efectos secundarios adversos.
Una idea genial que surgió de una mala experiencia
Steve Levine, ingeniero de Dassault Systèmes, es la persona detrás de la revolucionaria idea. Su hija nació con un defecto cardíaco grave y poco común. La condición fue controlada con marcapasos a medida que crecía. Sin embargo, la cantidad de conjeturas que se emplearon para encontrar una solución marcó a Levine y despertó su creatividad para hallar una solución.
Por su experiencia en una empresa que desarrolla software para el diseño, sabía que ya nadie construye un avión o un carro para luego probarlo. Antes hay un proceso de simulación y fabricación de productos tridimensionales. Por ello, pensó que siendo el corazón humano una especie de máquina, se podía hacer algo similar.
En 2014, Levine lanzó el Proyecto Corazón Viviente, que logró reunir a cientos de médicos, ingenieros, funcionarios gubernamentales y representantes de la industria de todo el mundo con la experiencia necesaria para construir el primer corazón tridimensional y completamente funcional en un entorno virtual.
Se crearon modelos a partir de tomografías computarizadas y resonancias magnéticas comunes, se perfeccionó el software y se validó el corazón virtual. Los resultados fueron altamente positivos cuando se probó en animales y, finalmente, en humanos.
El secreto para el buen funcionamiento del modelo fue la colaboración colectiva. En tan solo un año ya se contaba con un corazón funcional y al siguiente un producto que podía ponerse a disposición de usuarios como los cirujanos del Boston Children’s Hospital.
La colaboración de código abierto ha continuado durante una década sin una sola disputa sobre propiedad intelectual.
El cerebro del creador tuvo que ser duplicado
Este año Levine vivió en primera persona las bondades de la tecnología que ha impulsado. Los médicos que encontraron un tumor benigno del tamaño de una pelota de golf en la base de su cerebro decidieron crear el gemelo virtual completo del cráneo, con el tumor incluido.
Aunque no era una amenaza inmediata para su vida, había afectado parte de su cráneo, invadido sus senos nasales y estaba presionando su nervio óptico. Además, el tumor había asumido la función de su glándula pituitaria y enviado un exceso de hormona de crecimiento, por lo que los pies y las manos de Levine estaban aumentando de tamaño.
Thomas Beaumont, neurocirujano de la Universidad de California en San Diego, planificó los detalles de la delicada operación sobre la base de la réplica. Con la imagen en una pantalla en el quirófano, realizó la cirugía de manera no invasiva. Introdujo una cámara por una fosa nasal, los instrumentos quirúrgicos por la otra y extirpó el tumor parte por parte.
Bienestar animal
La implementación de gemelos virtuales en la medicina tiene también una connotación ética en relación con el uso de animales en laboratorio. Históricamente, la investigación médica ha dependido en gran medida de la experimentación con animales.
Aunque esta práctica ha llevado a avances importantes, también ha planteado preocupaciones profundas. Las organizaciones de bienestar animal han abogado durante mucho tiempo por métodos alternativos a la experimentación animal, y la tecnología de gemelos virtuales ofrece una solución viable.
Al reducir la dependencia de los animales en la investigación médica, se promueve un enfoque más humano y ético en la ciencia. Además, los gemelos virtuales pueden mejorar la precisión de los estudios preclínicos. Los animales y los humanos tienen diferencias biológicas significativas, lo que puede limitar la aplicabilidad de los resultados de los estudios en animales a los humanos.
A diferencia de la experimentación tradicional, que implica riesgos para animales y humanos, los modelos digitales permiten a los médicos y científicos simular procedimientos y tratamientos en un entorno controlado. Esto mejora la seguridad de los pacientes.
Además, los gemelos virtuales pueden utilizarse para la educación y la formación de los profesionales de la salud. Los estudiantes y médicos en formación pueden practicar procedimientos en modelos digitales antes de realizar intervenciones en pacientes reales. Esto no solo mejora sus habilidades y confianza, sino que también reduce los riesgos asociados con el entrenamiento en entornos clínicos.
No tomarlo a la ligera
Las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina en Estados Unidos advirtieron en un informe sobre el entusiasmo descontrolado en relación con los gemelos digitales. “La publicidad en torno a los gemelos digitales y las soluciones de gemelos digitales supera actualmente la base de evidencia de su éxito”, afirma el texto del panel de expertos. Exhortaron al gobierno federal a invertir más en esfuerzos interinstitucionales para «promover las bases matemáticas, estadísticas y computacionales para los gemelos digitales”.
En este sentido, la Fundación Nacional de Ciencias, en colaboración con los Institutos Nacionales de Salud y la FDA, destinaron más de 6 millones de dólares en fondos de investigación a siete proyectos para explorar el desarrollo de gemelos digitales para su uso en la atención médica y la investigación biomédica. Las academias también señalaron la necesidad de validar y verificar continuamente que la tecnología cumpla lo que sus patrocinadores aseguran que hace.
La preocupación nace de lo vertiginoso que son los anuncios sobre la revolucionaria tecnología. Por ejemplo, en el ámbito de la investigación y el desarrollo farmacéutico. Los gemelos digitales ofrecen una herramienta invaluable para simular cómo reaccionaría el cuerpo humano a nuevos medicamentos. Al integrar datos en tiempo real provenientes de dispositivos de seguimiento de la salud, los modelos pueden actualizar constantemente y predecir la progresión de la enfermedad, lo que permitirá ajustes oportunos en el tratamiento.
Otra de sus aplicaciones más interesantes es la prevención de enfermedades. Al analizar los factores de riesgo y la predisposición genética de un individuo, los modelos pueden predecir la aparición de enfermedades antes de manifestarse. Esto ofrece una ventana de oportunidad para intervenciones preventivas y cambios en el estilo de vida que ayuden a evitar el desarrollo de patologías crónicas.
Acceso global
La creación de gemelos digitales también se puede hacer a mayor escala, representando gemelos poblacionales, de grupos o colectivos de personas o pacientes. Esto facilita la creación de modelos de datos simulados como banco de pruebas que permiten hacer simulaciones y experimentos. La tecnología tiene también el potencial de democratizar el acceso a tratamientos médicos avanzados.
En muchas regiones del mundo, la falta de recursos e infraestructura limita la capacidad de realizar investigaciones médicas y proporcionar tratamientos de alta calidad. Los gemelos virtuales pueden proporcionar una solución accesible y efectiva, permitiendo a médicos e investigadores en todo el mundo beneficiarse de esta tecnología.
El uso de gemelos virtuales puede nivelar el campo de juego, permitiendo a hospitales y clínicas en países en desarrollo acceder a herramientas de diagnóstico y tratamiento avanzadas. La capacidad de simular y planificar procedimientos con precisión puede mejorar significativamente la calidad de la atención médica en estas regiones. Además, al reducir la necesidad de equipos costosos y recursos limitados, pueden hacer que los tratamientos avanzados sean más asequibles.
La eficiencia de los gemelos virtuales también puede traducirse en ahorros para los sistemas de salud. Los procedimientos médicos planificados con precisión pueden reducir las complicaciones y las readmisiones, lo que disminuye los costos asociados con el cuidado posoperatorio. Además, la capacidad de realizar múltiples pruebas y ajustes en un modelo digital puede optimizar los tratamientos antes de su aplicación en el mundo real. Esto mejora los resultados y reduce los costos.
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