Gemelos virtuales de corazones humanos están transformando la atención médica

Mi hija tenía dos años cuando recibió su primer marcapasos. Lo necesitaba debido a una afección congénita que había revertido las cámaras inferiores de su corazón. Eso resultó en problemas eléctricos, haciendo que su corazón fuera menos eficiente en la circulación sanguínea y acortando significativamente su esperanza de vida esperada.

Había poco orientación para los médicos que manejaban su condición, ya que era tan rara que no había forma de predecir cómo reaccionaría a los tratamientos. Los corazones son órganos complejos con muchas partes móviles, y cada persona es única. Hay innumerables formas en que pueden surgir problemas inesperados, especialmente en niños. Eso significa que a menudo no hay suficiente información disponible para tomar decisiones basadas en datos sobre trastornos inusuales.

Como ingeniero, sabía que debía haber una solución. Había visto cómo modelos tridimensionales avanzados, conocidos como “gemelos virtuales”, ayudan a fabricantes de aviones y automóviles a probar nuevas máquinas complejas en simulaciones digitales. Pensé, el corazón está diseñado como una máquina. Bombea sangre en un patrón regular. Funciona con electricidad. Tal vez podría ayudar.

Esa realización me llevó a comenzar el Proyecto Living Heart hace más de una década. Aunque es posible capturar los detalles del corazón de una persona con herramientas de imagen médica como tomografías computarizadas y resonancias magnéticas, esa imagen sigue siendo incompleta.

Entonces reunimos un equipo de expertos para obtener una imagen mejor. Juntos, nuestra coalición de ingenieros y médicos desarrolló una forma de crear simulaciones de corazones de personas vivas, primero creando un corazón “promedio” genérico, y más recientemente modelando los corazones de individuos específicos, precisos hasta los detalles más pequeños y singulares.

La condición de mi hija era una entre un millón, pero su predicamento no lo era. Las enfermedades del corazón son consistentemente la principal causa de muerte en Estados Unidos y representan mayores costos médicos que cualquier otra condición. Para 2035, la Asociación Americana del Corazón proyecta que el 45% de los estadounidenses tendrán alguna forma de enfermedad cardíaca.

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A pesar de ser tan común, la enfermedad del corazón es difícil de diagnosticar porque los síntomas son similares a los de otras enfermedades como afecciones respiratorias. Los pacientes con insuficiencia cardíaca son diagnosticados erróneamente en un 16% en hospitales y casi en un 70% cuando los médicos generales derivan a los pacientes a especialistas, según un estudio en la Revista de la Insuficiencia Cardíaca.

Viendo dentro del corazón

Pero con un gemelo virtual involucrado, el diagnóstico cambia. El gemelo se puede mostrar en una pantalla o en realidad virtual como un modelo tridimensional que se puede ampliar, rotar y examinar por un equipo de expertos. Los médicos pueden “ver” dentro del corazón de un paciente, bombeando bajo diferentes condiciones para localizar problemas. Pueden escuchar el latido del corazón y observar el flujo de sangre y oxígeno, todo sin cortar al paciente.

Como los gemelos virtuales incluyen las características necesarias del corazón de cada paciente, permiten a los médicos diseñar reconstrucciones complejas e incluso probar medicamentos y dispositivos como stent coronarios de forma segura en el gemelo. En resumen, ayudan a determinar el mejor curso de tratamiento mediante simulaciones.

En un caso, el Dr. David Hoganson en el Hospital Infantil de Boston se encontró con un niño pequeño con una condición desconcertante: El oxígeno en la sangre fluía desde el corazón a solo uno de sus pulmones. Utilizando un gemelo virtual del corazón, Hoganson y su equipo identificaron el problema, diseñaron y probaron un procedimiento quirúrgico, y lo utilizaron para salvar la vida del niño. Desde entonces, han realizado cientos de cirugías más utilizando gemelos virtuales.

Los gemelos virtuales también son herramientas de enseñanza valiosas, ayudando a los estudiantes a aprender sobre el corazón y otros órganos. Permiten a los pacientes y sus familias ver lo que está sucediendo de cerca, promoviendo la comprensión y la esperanza durante una experiencia que de otro modo sería aterradora. Y gracias a la inteligencia artificial y los servicios en la nube, las ideas de un médico pueden informar el trabajo de otros en todo el mundo.

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Hoy en día, las posibilidades siguen creciendo. Estamos comenzando a entender cómo simular otros órganos, como pulmones y cerebros. Un día, podremos crear gemelos virtuales de todo nuestro cuerpo, transformando la forma en que gestionamos nuestra salud. Ya estamos trabajando con la FDA para construir sujetos humanos virtuales para ensayos clínicos tempranos, ayudando a entregar tratamientos a las personas que los necesitan más rápido que nunca.

Desde verificar la mejor ubicación para dispositivos médicos hasta comprender cómo un nuevo medicamento interactuará con el tejido vivo, un gemelo virtual permite a los investigadores realizar pruebas en días que solían requerir años de ensayos con pacientes.

Cuando comencé este trabajo, la gente se preguntaba si confiaría la vida de mi hija a esta nueva tecnología. Cuando fue diagnosticada por primera vez, los médicos tenían poca confianza en sus opciones para mantener su corazón funcionando. Pensaban que su corazón duraría solo 30 años. Ahora tiene 34 años, y no se detiene. Es una neurocientífica pediátrica en un programa destacado en el país, donde trabaja para descubrir tratamientos para niños con trastornos cerebrales. Su futuro sigue siendo incierto, pero con un plan de atención médica personalizado y su gemelo virtual, tiene la mejor oportunidad de todas.

La tecnología de gemelos virtuales ya ha mejorado las vidas de innumerables pacientes. En los años venideros, cambiará el mundo.

Steve Levine, Ph.D., es director senior de modelado virtual humano en Dassault Systèmes y fundador y director ejecutivo del Proyecto Corazón Vivo.

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