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Los ‘gemelos digitales’ médicos liderarán el camino hacia la medicina personalizada

Nos enfrentamos a un momento de oportunidades (y competencia) para llevar la tecnología de gemelos digitales a los pacientes.

Simon CarterPeter Crowther/Getty Images

En marzo, Xi Jinping de China anunció que Tecnología de “gemelo digital”, que utiliza simulación por computadora para gestionar sistemas del mundo real, es una de las seis “nuevas fuerzas productivas” en las que su nación liderará el mundo y superará a Estados Unidos. En medio de esta competencia geopolítica, esta tecnología de simulación, ya ampliamente utilizada en la industria manufacturera, está llegando. a la medicina. Promete acelerar una era largamente prevista de Medicina personalizadaque utiliza intervenciones específicas personalizadas para cada paciente, para mantener o restaurar la salud.

En el corazón de un gemelo digital hay una simulación por computadora que captura todos los mecanismos y características relevantes de algún objeto físico, ya sea una ciudad o un avión. Pensemos en Singapur, que tiene un gemelo digital en su infraestructura. O el Pentágono, que utilizará uno para su nuevo bombardero B-21. El gemelo físico envía datos operativos de forma continua o frecuente, a menudo utilizando el Internet de las Cosas, para actualizar el gemelo digital de modo que refleje fielmente el estado actual de su gemelo físico, reflejando con precisión, por ejemplo, el desgaste de las vías urbanas o de las piezas mecánicas de un Motor B-21 específico. A su vez, los estudios de simulación que utilizan el gemelo digital informan lo que hacemos con su gemelo de la vida real.

Pero ¿qué pasa con la medicina? Las simulaciones por computadora pueden ayudarnos a comprender los procesos bioquímicos de nuestro cuerpo y cómo se comportan y afectan las diferentes sustancias a nuestra salud. Un gemelo digital de usted o de mí, o incluso de partes de nosotros, basado en tales simulaciones por computadora, podría ayudar a los desarrolladores de medicamentos a diseñar, probar y monitorear, y ayudar a los médicos a aplicar, los tratamientos o terapias más seguros y efectivos que sean específicos y adaptados a nuestras necesidades. genética o bioquímica.


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ya hay algunos ejemplos exitosos de gemelos digitales en medicina, como un páncreas artificial aprobado por la FDA que automatiza en gran medida la administración de inyecciones regulares de insulina para personas con Diabetes tipo 1. En esta aplicación de la tecnología de gemelo digital, un monitor debajo de la piel del paciente mide los niveles de glucosa cada pocos minutos y transmite los datos de forma inalámbrica a un gemelo digital en un dispositivo inteligente portátil. El modelo matemático en el corazón del gemelo digital está calibrado para cada paciente específico para permitir la simulación de su metabolismo de glucosa único. Utilizando toda esta información, un algoritmo de control determina cuánta insulina necesita el paciente e indica a una bomba de insulina adjunta que administre la cantidad correcta directamente en el cuerpo del paciente. De esta manera, el gemelo digital lleva a cabo la función de regulación de la glucosa que normalmente habría realizado un páncreas sano. Otros ejemplos, descritos en un informe de marzo Ciencia Computacional de la Naturaleza informe yo fui coautor, incluir un gemelo digital para el tratamiento de arritmias cardíacas y optimización del tratamiento para pacientes con cáncer de mama.

El momento de desarrollar esta tecnología es ahora, gracias a tres novedades. En primer lugar, ahora tenemos una mayor comprensión de cómo funciona el cuerpo en condiciones de salud y enfermedad. Esto nos ha permitido crear simulaciones informáticas precisas de la biología humana, desde el nivel celular hasta la escala de todo el cuerpo. En segundo lugar, los algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático pueden recopilar y analizar continuamente datos de individuos y de poblaciones enteras, lo que permite una personalización constantemente actualizada de la atención al paciente. En tercer lugar, el público ha adoptado la medicina personalizada como algo beneficioso y asequible. Del mismo modo, la industria de la atención médica depende cada vez más de enfoques basados ​​en datos que aplican inteligencia artificial al análisis de datos de pacientes, cálculos de riesgo de enfermedades y toma de decisiones médicas.

Debemos hacer más para ampliar la tecnología de gemelos digitales en medicina desde ejemplos dispersos hasta una industria estable, madura y próspera, comparable a la de los gemelos digitales industriales actuales. En primer lugar, así como la NASA llevó a cabo las primeras actividades de I+D para gemelos digitales industriales en Estados Unidos, las agencias públicas, junto con fuentes privadas, deben lanzar una importante iniciativa de financiación para apoyar la investigación de gemelos digitales médicos a fin de asumir los sustanciales costos iniciales de I+D. Es importante que estas asociaciones público-privadas se establezcan de manera que garanticen que tanto los costos como los beneficios se compartan equitativamente. La Comisión Europea financia la iniciativa de hoja de ruta integral Gemelos digitales del ecosistema en la atención sanitariauna colaboración interdisciplinaria a gran escala entre la industria y el mundo académico para llevar esta tecnología a la atención de pacientes con cáncer y otras enfermedades. El reciente informe Brechas fundamentales en la investigación y direcciones futuras para los gemelos digitales por las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina ha llamado mucho la atención sobre tal medida en los EE. UU. y ha resaltado su potencial de gran alcance para la biomedicina.

En segundo lugar, necesitamos un marco integral para un ecosistema de datos de apoyo, comparable al Espacio Europeo de Datos Sanitarios. Este esfuerzo europeo proporcionará un ecosistema específico de salud que comprenderá reglas, estándares y prácticas comunes, infraestructuras y un marco de gobernanza que permita a las personas controlar sus datos personales de salud y, al mismo tiempo, proporcione una configuración consistente, confiable y eficiente. para el despliegue de esa información para la investigación, la innovación y la formulación de políticas. Los gemelos digitales médicos plantean preocupaciones de privacidad adicionales que deberán abordarse mediante legislación y regulación, ya que están diseñados para integrar funcionalmente una amplia gama de datos que pueden capturar información sobre la biología de una persona, así como su estilo de vida, lo que potencialmente permite predecir las necesidades de salud. , vida útil y otras características que tienen un gran potencial para ser utilizadas indebidamente. Necesitamos responder preguntas sobre quién posee y controla los datos recopilados de las personas que se utilizan para actualizar dinámicamente su gemelo digital. ¿Quién será el propietario de nuestro gemelo digital? Necesitamos reunir a todas las partes interesadas en este debate para responder estas preguntas ahora.

Un requisito final, y más desafiante, es financiar el costo significativo de la implementación a gran escala de esta tecnología. Nosotros, como nación, debemos poder afrontar los importantes costos. Los gemelos digitales médicos podrían ser una poderosa tecnología habilitadora para este propósito, al utilizarlos como herramienta para la medicina predictiva. Después de todo, uno de los usos más importantes de los gemelos digitales en la industria es el mantenimiento predictivo, lo que genera una considerable mitigación de costos y riesgos. Se podría esperar un efecto similar en la atención sanitaria.

Los gemelos digitales médicos están en el horizonte, aunque estamos apenas en los albores de esta nueva era revolucionaria. Debemos recordar la historia de la aviación, donde en menos de un siglo pasamos del primer vuelo en Kitty Hawk hasta cruzar el Atlántico en un avión Dreamliner, bebiendo cómodamente champán. Pero apenas una década después del vuelo inaugural de los hermanos Wright, el diseño de aviones había avanzado tan rápidamente que todas las potencias importantes en la Primera Guerra Mundial desplegaron una fuerza aérea. Ahora nos encontramos en ese momento de oportunidades y competencia. Es posible que los gemelos digitales médicos aún no estén en la etapa en la que se encuentra la aviación moderna; pero en su estado actual de desarrollo ya ofrecen importantes beneficios para la medicina curativa y preventiva.

Este es un artículo de opinión y análisis, y las opiniones expresadas por el autor o autores no son necesariamente las de Científico americano.