Ingeniería y Medicina se unen en consulta con el gemelo fisiológico digital

En el siglo XXI, la intersección entre la Ingeniería Sanitaria y Hospitalaria y la Medicina está abriendo nuevos horizontes con el concepto del “mapeo digital de la salud”. Así lo demuestra un estudio publicado en IEEE Xplore, que vislumbra un futuro donde cada ser humano tenga un “avatar” digital que permita pronosticar su salud de manera precisa y “no invasiva”. Según este informe, titulado ‘Grandes desafíos en la interfase entre ingeniería y medicina’, el avatar “no es simplemente un gemelo digital”, sino que puede ser “una manifestación física del tejido u órgano humano” que se puede explorar fuera del organismo.

Este nuevo “paradigma” en Ingeniería Hospitalaria comienza con el “mapeo digital completo de la salud y la enfermedad” en humanos, un avance que promete revolucionar la medicina de precisión. El mapeo detallado y exhaustivo persigue crear un “avatar” de la fisiología humana. “Este concepto implica el diseño y la construcción de modelos de ingeniería precisos de la fisiología humana, desde modelos ‘in silico’ hasta la realización real”, explica el estudio.

El estudio detalla que uno de los conceptos “más intrigantes” de este diseño es “la noción de detección y adaptación en tiempo real a todas las entradas de la fisiología humana”, aunque a su vez plantea “problemas de control y optimización dinámicos”. Según detalla, los componentes del avatar pueden tratarse como tejidos y órganos “independientes”, diseñados para funcionar “de manera sinérgica con otros componentes”. Además, estos componentes también pueden ser utilizados como “dispositivos inteligentes e implantables” que aumenten o reemplacen sus homólogos humanos.

Desafíos del mapeo digital de la salud 

De la mano de la medicina de precisión, la creación de avatares de la filología humana presenta cinco desafíos. El primero es el de desarrollar modelos precisos que integren tanto mediciones multimodales como funciones fisiológicas. Según el estudio, para esto, se necesitan “nuevos ensayos de alto rendimiento que investiguen la función biológica de un individuo a escala molecular, celular y orgánica; métodos de modelado validados que aprovechen estos datos en escalas espaciales y temporales, junto con datos genómicos, transcriptómicos, epigenéticos, metabolómicos y proteómicos de alto rendimiento”.

El segundo reto parte de desarrollar “un conjunto de opciones diagnósticas y terapéuticas derivadas del modelo para elegir la que mejor aborde las comorbilidades, los medicamentos concomitantes, los riesgos potenciales y los costes”. “Para ello, necesitamos tecnologías de monitoreo automatizado en tiempo real, adquisición y procesamiento de datos en tiempo real, y análisis y modelado en tiempo real”, detalla.

En tercer lugar, se encuentra el desarrollo de sensores y de un “ser humano digital con retroalimentación dinámica”. El informe señala que los diagnósticos precisos requieren “una evaluación inequívoca del estado fisiológico y de cómo ese estado ha cambiado con el tiempo”. Estos se presentan como un avance frente a los chequeos anuales, que según detalla el estudio, “no tienen la precisión temporal ni la agudeza fisiológica para predecir la probabilidad de muchas enfermedades, como un derrame cerebral, un ataque cardíaco o diabetes”.

El siguiente desafío, y quizá el más llamativo, es el de utilizar simulación digital e inteligencia artificial para desarrollar modelos fisiológicos complejos que permitan a los médicos medir, analizar y tratar patologías en “gemelos digitales”, para una posterior implementación en el "gemelo real".

En último lugar, el estudio señala la ingeniería de tejidos y órganos, como quinto desafío. Esto se resume en la aplicación de “modelos matemáticos validados con datos experimentales para obtener información mecanicista sobre sistemas biológicos complejos” y con ello optimizar protocolos de fabricación de productos de medicina regenerativa y estrategias de tratamiento.