“Ya existen sinergias entre el aprendizaje automático y los gemelos digitales cardíacos que hacen posible la medicina de precisión en cardiología. La combinación de ambas tecnologías nos permite predecir con mucha exactitud el riesgo de muerte súbita en distintas enfermedades cardiacas y desarrollar tratamientos personalizados en pacientes con arritmias”, anuncia Natalia Trayanova, directora del laboratorio AI Research: Health and Medicine, Data Science and AI Institute de la Universidad Johns Hopkins (Baltimore), en el XVII ‘Ciclo de conferencias y debates en ciencias’ organizado por la Fundación Ramón Areces y Springer Nature.
En esta edición, coordinada por Erika Pastrana, vicepresidenta de las revistas Nature Research, cuatro expertos han analizado las oportunidades que los gemelos digitales ofrecen para la investigación en salud. “¿No sería estupendo disponer de una representación digital de nosotros mismos que permitiera a los médicos simular nuestra historia médica personal y nuestro estado de salud utilizando las interacciones ya conocidas tanto del big data como de los conocimientos biofísicos actuales?”, se ha preguntado Trayanova. “Esa réplica virtual de nosotros mismos podría pronosticar la trayectoria de nuestra enfermedad, estimaría el riesgo de acontecimientos adversos y predeciría la respuesta al tratamiento. Todo ello ayudaría a la toma de decisiones terapéuticas”, se responde.
Entre las ventajas de esos avances, “la aplicación de estas técnicas evita futuras rehospitalizaciones y repeticiones de procedimientos, de manera que la selección del tratamiento pase de enfocarse en el estado del paciente hoy a optimizar el estado del paciente mañana”. “El futuro de los gemelos digitales en medicina es brillante”, pronostica Trayanova, que también es catedrática Murray B. Sachs de ingeniería biomédica, catedrática de matemática aplicada y estadística y directora de la Alliance for Cardiovascular Diagnostic and Treatment innovation (Advance).
Para Francisco Herrera, catedrático del Departamento de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial de la Universidad de Granada, “en el campo de la biomedicina, la combinación de gemelos digitales, inteligencia artificial (IA) e interacción humana conduce a la mejora de la detección precoz, el tratamiento personalizado y la mejora de los resultados de los pacientes”. Este experto ha explicado que los gemelos digitales nos ayudan a comprender las recomendaciones de la IA aumentando así la transparencia y la confianza en estos sistemas.
“Esta sinergia no solo optimiza los procesos e impulsa la innovación, sino que también allana el camino para la gobernanza ética, el desarrollo de competencias y la mejora de la eficiencia operativa en campos tan importantes como el diagnóstico médico y la atención a los pacientes”, ha añadido el director del Instituto Andaluz Interuniversitario de Data Science & Computational Intelligence (DaSCI).
En la recreación de ese gemelo digital o virtual de nuestro organismo participan también los dispositivos inteligentes, subraya Luigi G. Occhipinti, director de Investigación en Smart Electronics, Biosistemas e Inteligencia Artificial en la Universidad de Cambridge. “Los sensores inteligentes y las tecnologías de IA brindan la oportunidad de acelerar el desarrollo de gemelos digitales, ya que permiten captar eficazmente el estado y predecir la evolución de sistemas dinámicos complejos”, expresa.
Aunque reconoce que el desarrollo de los gemelos digitales del cuerpo humano y su adopción en la práctica es aún incipiente, confía en que “pronto permitirán identificar enfermedades o predecir y optimizar los resultados de diferentes tratamientos mediante el análisis avanzado y la modelización de uno o varios órganos o funciones del cuerpo humano”.
Occhipinti asegura que el objetivo principal de su laboratorio es “desarrollar sensores biocompatibles en forma de lentillas, pulseras o tecnología textil inteligente que se combinen con otras fuentes de información como historiales clínicos y pruebas de imagen para captar la máxima información sobre el paciente. En combinación con métodos de IA, esto permitiría vigilar la salud 24 horas al día, siete días a la semana, y desarrollar intervenciones que mejoren la salud de manera individualizada”.
Guido Caldarelli, del departamento de Ciencias Moleculares y Nanosistemas de la Universidad de Venecia Ca’Foscari, destaca el papel cada vez más relevante que están asumiendo otras técnicas relacionadas con estos gemelos digitales: “La teoría de redes complejas es una herramienta muy útil en medicina ya que permite entender y analizar las relaciones de los sistemas biológicos como sistemas de redes interconectadas. Este enfoque ha sido decisivo para el avance de la medicina personalizada, la predicción de la progresión de enfermedades y la identificación de posibles dianas farmacológicas. En el campo de la epidemiología, se ha utilizado para modelizar la propagación de enfermedades infecciosas a través de redes de contacto humano”.
La integración de la teoría de las redes complejas con los gemelos digitales permite simular el comportamiento de sistemas biológicos en tiempo real y realizar predicciones e intervenciones personalizadas. “En el desarrollo de fármacos, los gemelos digitales de las redes celulares de un paciente podrían simular cómo interactúa un fármaco en dicha red, lo que permitiría descartar tratamientos no adecuados para dicho paciente. Además, combinando el poder predictivo de las redes complejas con los gemelos digitales, la medicina puede avanzar hacia una asistencia más precisa, proactiva y centrada en el paciente”, subraya.
La expedición CSIC-Unespa confirma la presencia del virus de la gripe aviar en la Antártida
Por otra parte, la expedición científica CSIC-Unespa se desarrolla desde enero de 2025 con el objetivo de monitorizar la presencia del virus de la gripe aviar altamente patogénica (HPAI H5N1) en la Antártida. Los primeros resultados de la campaña liderada por Antonio Alcamí, profesor de investigación del CSIC en el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO-CSIC-UAM), han confirmado la presencia del virus en todas las especies detectadas en seis islas del mar de Weddell, en la Antártida. Este resultado positivo se ha obtenido en 42 animales, correspondientes a 28 cadáveres de especies como la foca cangrejera, skuas (págalos), gaviota, paloma antártica, pingüino Adelia y pingüino Papúa; y 14 individuos vivos de skuas y pingüinos de Adelia y Papúa.
“La carga viral en los animales muertos fue muy alta, lo que indica un riesgo de exposición al virus en la proximidad de los cadáveres”, explica Alcamí.
El hallazgo permitirá a los programas polares nacionales estar preparados y plantear la adopción de medidas orientadas a evitar la transmisión de la infección por medios humanos y, sobre todo, el contagio de las personas, ya que muchos de los lugares donde se ha detectado el virus son visitados frecuentemente por buques turísticos y científicos.
La presencia del virus HPAI (Highly Pathogenic Avian Influenza) fue confirmada por múltiples pruebas de laboratorio, incluyendo PCR específicas para el virus de la gripe y el subtipo H5, seguidas de una secuenciación de la región de corte de la proteasa, lo que define con una certeza del 100% la presencia del virus HPAI.
“Realizamos pruebas PCR en muestras de hisopos para identificar los genes M y H5 del virus. Posteriormente, la confirmación de la presencia del virus se realizó mediante secuenciación con la tecnología Oxford Nanopore”, explica.
Además, los investigadores han identificado el virus HPAI en colonias de pingüinos a partir de muestreos de aire. “Recogimos muestras de aire con una bomba conectada a un filtro de nanofibras desarrollado por el CSIC que captura el virus. Posteriormente, llevamos a cabo pruebas PCR en el filtro para confirmar la detección del patógeno. Estos resultados indican que el muestreo de aire es una metodología válida para la detección del virus sin necesidad de manipular animales”, destaca el investigador del CBMSO.
Especialmente relevante es la presencia del virus de la gripe aviar de alta patogenicidad en colonias de pingüinos aparentemente sanas. Su detección en ejemplares vivos de pingüinos de Adelia y Papúa indica que la infección puede estar extendiéndose en colonias sin causar una mortalidad elevada. “No sabemos si los pingüinos se expusieron al virus el año pasado y tienen inmunidad protectora o si son más resistentes de lo que esperábamos”, precisa.
En el ámbito geográfico, el caso más llamativo es el de Tay Head (Isla Joinville), donde la prevalencia del virus es particularmente alta. En esta zona, la infección ha afectado con especial virulencia a las focas cangrejeras.
Tras realizar muestreos en siete zonas del mar de Weddell (como las islas Devil, Beak, Beagle o Heorína), la CSIC-Unespa Antartic Expedition se desplazará al sur de la península antártica para estudiar nuevas áreas que permitan conocer mejor la dispersión del virus. “Nuestro objetivo es elaborar un estudio completo sobre la distribución del virus”, concluye Antonio Alcamí.
La expedición científica impulsada por el CSIC y financiada por un centenar de aseguradoras asociadas a Unespa analiza durante seis semanas la presencia del patógeno en la península antártica, las islas Shetland del Sur y el mar de Weddell. Estos trabajos se realizan a bordo del velero Australis, un barco que cuenta con una gran experiencia en navegación en la Antártida, permite alcanzar puntos de difícil acceso y cuenta con los sistemas más modernos de navegación y comunicaciones vía satélite.
El papel facilitador de la Fundación General CSIC ha resultado determinante para garantizar el acceso a este velero y a otros recursos esenciales para la expedición. El equipo está formado por tres miembros de la tripulación y ocho científicos de diferentes nacionalidades y disciplinas, con veterinarios expertos en fauna salvaje, virólogos y biólogos moleculares. Se ha instalado en el propio velero un laboratorio de diagnóstico molecular por PCR en tiempo real y de secuenciación del virus, que permite al equipo diagnosticar los casos rápidamente. Además, todas las muestras recogidas durante la expedición se obtienen siguiendo estrictos protocolos de seguridad.
El proyecto, que cuenta con el apoyo del Comité Polar Español, permitirá a la investigación española seguir liderando en el ámbito internacional los estudios de detección de la gripe aviar en la Antártida.
La evolución del virus de la AntártidaLa cepa H5N1 de alta patogenicidad del virus de la gripe aviar evolucionó inicialmente en aves de corral, pero recientemente se ha adaptado para propagarse entre la fauna salvaje. Desde 2020, su propagación ha causado mortalidades importantes de aves salvajes y mamíferos en casi todo el mundo y, en 2022, se confirmó su llegada a Suramérica.
Su esperada expansión a la Antártida fue confirmada por primera vez el 24 de febrero de 2024 gracias a los descubrimientos realizados por los investigadores del CSIC Ángela Vázquez y Antonio Alcamí. En marzo de 2024, los resultados de la HPAI Australis Expedition, en la que participaron Begoña Aguado y Antonio Alcamí, mostraron la dispersión de la gripe aviar de alta patogenicidad en la península antártica, donde se observaron altos niveles de mortalidad en aves skuas. En julio, este descubrimiento fue seguido por la confirmación de la presencia del virus en la Antártida, por primera vez, en un mamífero marino. Desde entonces, los investigadores e investigadoras trabajan para determinar la expansión e impacto del virus en la Antártida.
En el proyecto participan el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO, CSIC-UAM); la Facultad de Medicina, Veterinaria y Zootecnia de la Universidad de Sao Paulo (Brasil); el Instituto de Mamíferos Acuáticos (Brasil); el Karen C. Drayer Wildlife Health Center, programa de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de California-Davies (EE. UU.); y la Ocean Expeditions (Australia).