Científicos del Instituto de Investigación Interdisciplinario para el Desarrollo de Tecnología y Ciencia de Materiales de Suiza (Empa) han creado gemelos digitales de pacientes reales para experimentar con ellos tratamientos médicos que luego se pueden aplicar al modelo humano original.
Esos gemelos digitales están basados en modelos matemáticos construidos con información proporcionada por los pacientes reales y posibilitan terapias médicas a medida.
Responden a una necesidad práctica de la medicina moderna: aunque hay tratamientos eficaces para tratar enfermedades graves como el cáncer, cada paciente debe descubrir la dosis adecuada del medicamento para que sea eficaz y segura.
Los médicos deben ir suministrando diferentes dosis a cada paciente hasta alcanzar los límites, bien de la sobredosis, bien de la ineficacia, para establecer la proporción de medicamento idónea en cada caso y pautar el tratamiento definitivo.
Opiáceos sintéticos
Por ejemplo, los opiáceos sintéticos pueden ayudar a controlar el dolor intenso que experimentan los enfermos de cáncer, explican los autores de esta investigación en un comunicado.
Pero la dosis exacta varía en cada caso. El fentanilo, un analgésico 100 veces más potente que la morfina, alivia el dolor agudo, pero si la dosis no es la adecuada, puede dañar a los pacientes con efectos secundarios potencialmente mortales.
En la actualidad, estos analgésicos se aplican a los pacientes a través de un parche transdérmico, que es una forma de brindar al cuerpo de los pacientes una introducción suave al medicamento sin interferir con la vida diaria.
Sin embargo, no es fácil encontrar la dosis correcta para cada paciente, lo que obliga a los médicos a practicar el ensayo y error en casos individuales.
Estos ensayos conllevan el riesgo de sobredosis o subdosis que nadie puede observar hasta que las reacciones ya están en marcha, mucho después de la administración del fármaco, con efectos generalmente no deseados.
Para garantizar que los pacientes reciban la dosis de fármaco correcta específica para las necesidades individuales, el gemelo digital puede probar tratamientos potenciales y simular cómo reaccionará el cuerpo del paciente en cada momento del tratamiento.
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Modelos matemáticos
El gemelo digital se construye a partir de modelos matemáticos que integran en el paciente virtual un amplio espectro de variables, entre ellos la edad y el estilo de vida del paciente real.
En la creación del avatar también se tiene en cuenta cómo ha metabolizado el medicamento el paciente real y cuándo llega al centro del dolor de esa persona: de esta forma, el gemelo digital puede predecir con exactitud el efecto de un fármaco.
El gemelo digital también se actualiza con comentarios psicológicos y fisiológicos de pacientes reales, para realizar ingeniería inversa de las complicaciones emergentes después de administrar las dosis experimentales a pacientes reales.
Por ejemplo, los seres humanos pueden ofrecer información continua sobre si persisten el dolor u otros efectos secundarios, y en qué medida, después de una dosis de fármaco.
Teniendo en cuenta esta retroalimentación de información, el gemelo digital puede ajustar dinámicamente la terapia e incluso predecir el curso de su evolución, según los investigadores.
El gemelo digital también puede estar dotado de sensores que miden parámetros fisiológicos del paciente, como la frecuencia respiratoria o de los latidos del corazón, para actualizar sus datos en tiempo real.
En casos extremos, los médicos pueden incluso matar varias veces al gemelo digital de una persona hasta dar con el tratamiento idóneo para el paciente real, que de esta forma se asegura una terapia a la medida sin riesgos innecesarios.
Cientos de gemelos digitales
Hasta ahora se han creado varios cientos de gemelos digitales personalizados de este tipo y los procedimientos de terapia individual se han probado virtualmente en colaboración con el Hospital Cantonal de St. Gallen.
En este hospital, la terapia del dolor con parches transdérmicos es solo el comienzo de la terapia asistida por avatar para enfermos de cáncer.
Sin embargo, en colaboración con clínicas y hospitales, los investigadores de Empa quieren optimizar otras terapias, como la administración de insulina para la diabetes, usando también gemelos digitales.