Investigador desarrolla gemelos digitales de órganos que ayudan a planificar cirugías

Poder simular una intervención quirúrgica compleja o probar la eficacia de un fármaco en un paciente específico, sin riesgo alguno y dentro de un entorno virtual, ya no es ciencia ficción. En Chile, la medicina in silico está cobrando fuerza de la mano de Nicolás Barnafi, investigador de la Universidad Católica (UC), quien desarrolla gemelos digitales de órganos humanos.

Un gemelo digital es una réplica virtual exacta y dinámica de un objeto físico —en este caso, un órgano como el corazón o el hígado— que utiliza datos clínicos, inteligencia artificial y modelos matemáticos para reproducir con precisión su anatomía y fisiología.

A diferencia de otras áreas donde ya se utilizan réplicas virtuales, como el diseño urbano o la ortodoncia, digitalizar órganos internos presenta desafíos únicos. «Lamentablemente, no se le puede colocar un molde al corazón para replicar cómo se ve, porque se mueve todo el rato», explica Barnafi, académico del Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional (IMC) y de la Facultad de Ciencias Biológicas de la UC.

Gemelos digitales: El desafío de replicar la vida en un computador

Para superar este obstáculo, el equipo utiliza mediciones indirectas como resonancias magnéticas para alimentar modelos computacionales de alta complejidad. El objetivo de esta medicina in silico es permitir el desarrollo de ensayos clínicos virtuales.

«La gracia de digitalizar órganos y sus mecanismos es que permite estudiar sistemas muy complejos«, señala el investigador, quien agrega: «Si alguien quisiera desarrollar un nuevo tratamiento para una patología, puede que el mecanismo de acción sea imposible de estudiar con un experimento en un ambiente controlado».

Innovación para la planificación de cirugías cardiovasculares

El trabajo de Barnafi se centra particularmente en el modelamiento de tejidos blandos que experimentan grandes deformaciones, como los pulmones y el corazón. Una de sus líneas de investigación busca descifrar las leyes físicas que rigen la orientación de las fibras musculares cardíacas, un factor clave para entender cómo reacciona el órgano ante una enfermedad o lesión.

Junto a Axel Osses, investigador de la Universidad de Chile, Barnafi busca establecer un sistema de ecuaciones que otorgue una base física profunda a este proceso. «Creemos que nuestro modelo podría ayudar no solo a explicar de mejor manera algunas patologías, sino a entender por qué las fibras cardíacas se forman de la manera en que lo hacen», afirma el doctor en Métodos y Modelos Matemáticos.

Además de la arquitectura muscular, su investigación aborda la dinámica de la sangre dentro de los tejidos. Mediante la descripción matemática de cuerpos elásticos porosos, el equipo busca predecir el impacto a largo plazo de la pérdida de oxigenación en zonas específicas del tejido.

Este conocimiento técnico busca contribuir a la planificación de cirugías cardiovasculares. Actualmente, el proyecto colabo con la Red de Salud UC Christus, donde utilizarán los datos de una resonancia que se realizó el propio investigador.