Detectar signos de esta enfermedad debilitante con IA antes de que los huesos empiecen a romperse
Melissa Formosa es experta en osteoporosis de la Universidad de Malta en Msida. Ella comparte su historia con AlphaFold.
En la actualidad, la medicina depende demasiado de las técnicas de imágenes radiográficas para diagnosticar la osteoporosis. Puede ser una enfermedad debilitante que se desarrolla lentamente a lo largo de varios años, debilitando los huesos y volviéndolos peligrosamente frágiles. Estas herramientas radiográficas de diagnóstico tienen sus propias limitaciones, ya que detectan la osteoporosis sólo una vez que ya se ha desarrollado. Esto significa que ya es demasiado tarde para controlarlo adecuadamente.
La gente tiende a pensar que los huesos no cambian, pero esto es un error. En realidad, son órganos muy activos, hechos de tejido conectivo reforzado con calcio y células óseas únicas, y la mayoría también contiene médula ósea en la que se producen las células sanguíneas. El tejido óseo se repone constantemente a lo largo de nuestra vida, y estas células especializadas absorben el tejido viejo y depositan tejido nuevo. Estos procesos van de la mano para mantener un esqueleto sano y fuerte.
La naturaleza compleja de los huesos significa que existen muchos mecanismos diferentes mediante los cuales se puede desarrollar la osteoporosis. Las lesiones causadas por la osteoporosis pueden ser muy dolorosas y, a menudo, debilitantes, e incluso requieren atención hospitalaria permanente en algunos casos, si alguien se rompe la espalda, por ejemplo.
La enfermedad afecta abrumadoramente a las mujeres mayores: a una de cada tres mujeres mayores de 50 años se le diagnostica osteoporosis, mientras que uno de cada cinco hombres del mismo rango de edad sufrirá osteoporosis. La investigación científica suele pasar por alto la investigación sobre cómo y por qué se desarrolla la enfermedad en algunas personas pero no en otras, pero cada vez está más claro que la osteoporosis tiene un componente genético importante.
Tomemos como ejemplo el gen WNT1, que está activo en los osteoblastos, las células que crean el hueso. Las mutaciones en este gen alteran el proceso de formación de huesos, lo que significa que las personas con esta mutación genética tienen huesos frágiles y sufren de osteoporosis de aparición temprana. Hallazgos como estos son importantes para demostrar que la osteoporosis no es (y ya no puede verse como) una enfermedad que afecta únicamente a las personas mayores.
Sin embargo, una fractura sigue siendo a menudo el primer indicio de que hay osteoporosis. Lo que necesitamos es encontrar biomarcadores: un análisis de sangre o un gen o proteína identificado que podamos buscar en personas predispuestas o con alto riesgo de desarrollar osteoporosis. Necesitamos ayudar a las personas a empezar a luchar contra la enfermedad incluso antes de que comience.
Para ayudarnos a hacer esto, hemos estado utilizando AlphaFold en un intento de comprender las causas genéticas más completamente. Rápidamente nos dimos cuenta de que esto podría revolucionar el tratamiento si lo usáramos para desarrollar una medicina personalizada. En este caso, un modelo capaz de proporcionar estrategias de prevención y tratamiento personalizadas para grupos definidos de individuos.
A alguien con la enfermedad se le podría secuenciar el genoma. Este análisis genético nos daría una mejor idea de si esa persona corre riesgo de sufrir una fractura en un futuro próximo y, sobre todo, permitiría tomar medidas preventivas. También podría ayudarnos a comprender la progresión de la enfermedad y permitir a los pacientes tener más control para decidir qué intervención es mejor para ellos. En última instancia, el objetivo es controlar la osteoporosis desde la fase más temprana posible y prevenir su progresión, las fracturas y el dolor y el debilitamiento que conllevan.
Cuando ingresamos la secuencia de aminoácidos en el software AlphaFold, crea una imagen 3D de la estructura de la proteína y nos permite comparar las estructuras de las proteínas codificadas por genes normales y defectuosos. Con AlphaFold, podemos visualizar el impacto de mutaciones genéticas específicas, algunas de las cuales pueden causar solo cambios estructurales sutiles. Otros inducen deformaciones importantes de la proteína, reduciendo su capacidad para funcionar correctamente y contribuyendo a la enfermedad.
En última instancia, nuestro objetivo es desarrollar análisis de sangre simples para adultos jóvenes que ayuden a predecir enfermedades y encontrar nuevos genes y proteínas asociados con la enfermedad para que podamos desarrollar mejores medicamentos para tratarla. La detección temprana y la introducción de la medicina personalizada podrían significar que la osteoporosis pueda tratarse de manera mucho más eficaz. Millones de vidas podrían mejorar enormemente.
Este tipo de IA se está volviendo fundamental para nuestro trabajo y será fundamental para futuros investigadores en este campo. Por fin tenemos la oportunidad de dar un paso adelante en esta enfermedad debilitante; eso no tiene precio.