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Imagine tener un gemelo digital de su corazón: una réplica virtual que no solo se parece a simple vista al órgano original, sino que también funciona de la misma manera, ya que late, falla y responde a los tratamientos como lo haría su propio corazón. Eso es, en esencia, lo que llamamos un gemelo cardiaco digital.
Hoy en día, cerca de 60 millones de personas en el mundo viven con una arritmia cardiaca. En Europa, 1 de cada 3 adultos desarrollará alguna a lo largo de su vida. Estas cifras impresionan porque detrás de ellas hay rostros concretos: familiares, amigos o conocidos que conviven con alteraciones del ritmo cardíaco como la fibrilación auricular o que están en riesgo de muerte súbita.
El corazón eléctrico: más que una bomba
Esas arritmias nacen de alteraciones en el corazón, un órgano que lejos de ser solo un músculo que bombea sangre, también es un sistema eléctrico extraordinariamente complejo. Comprender qué ocurre exactamente en cada paciente y cómo abordarlo es uno de los mayores desafíos de la cardiología en la actualidad.
Tratar arritmias como la fibrilación auricular persistente o decidir si un paciente se beneficiará de un desfibrilador implantable para prevenir la muerte súbita sigue siendo, en muchos casos, un reto clínico de primer orden.
Alta tecnología que imita la vida
Necesitamos desarrollar nuevas tecnologías para hacer frente a los objetivos mencionados, y ya hemos dado los primeros pasos: los gemelos cardiacos digitales proporcionan un modelo que permite no solo visualizar, sino también simular el comportamiento del corazón y anticipar la respuesta a distintos tratamientos. Es decir, se trata de modelos virtuales personalizados capaces de reproducir el comportamiento eléctrico del corazón de cada persona.
Esto es posible gracias a técnicas avanzadas de imagen, como la resonancia magnética o el TAC, que permiten obtener una geometría detallada del corazón. Estas imágenes pueden enriquecerse con información estructural, como la presencia de fibrosis, que se detecta mediante resonancia magnética con realce tardío de gadolinio, una técnica especialmente útil para identificar zonas de tejido cicatricial.
Además, el modelo se completa con información funcional procedente de registros eléctricos, que pueden obtenerse de forma no invasiva, mediante un electrocardiograma estándar o tecnologías como la electrocardiografía de superficie (ECGI); o de forma invasiva, a través del mapeo endocárdico, una técnica que introduce catéteres dentro del corazón para registrar su actividad eléctrica desde el interior.
Todos estos datos se integran mediante algoritmos de simulación computacional que permiten recrear con gran fidelidad la dinámica eléctrica del corazón de cada paciente.
El gemelo por dentro
Pero ¿cómo es exactamente un gemelo digital por dentro? Aunque existen modelos a diferentes escalas, lo más habitual es que esté formado por millones de nodos, cada uno representando un pequeño conjunto de cardiomiocitos (las células contráctiles del corazón).
En cada nodo se simulan, mediante ecuaciones diferenciales, los flujos de iones como sodio, potasio y calcio que atraviesan la membrana celular durante la activación eléctrica. Es decir, el modelo no solo reproduce la forma del corazón, sino también el funcionamiento de sus células en cada latido.
De esta forma, el gemelo digital reproduce con gran fidelidad no solo la estructura, sino también la dinámica eléctrica real del corazón del paciente.
Un salto espectacular
Estos avances están tomando forma en múltiples centros de investigación y hospitales de toda Europa. Lo que hasta hace poco era una opción interesante pero lenta que requería días de computación para simular apenas unos segundos de actividad cardíaca, ha dado un salto extraordinario.
Ahora, los nuevos sistemas de computación paralela y las herramientas de inteligencia artificial permiten realizar en segundos simulaciones que antes tardaban horas.
Esto está convirtiendo a los gemelos digitales en una herramienta que puede utilizarse en tiempo real en el quirófano. La comunidad científica está empezando a señalar la importancia de la inteligencia artificial, los gemelos digitales y el mapeo no invasivo en sus congresos y guías clínicas, mostrando que el campo está madurando y que el interés va en aumento.
¿Por qué importa tanto este avance?
Ese crecimiento es fácil de apreciar si nos fijamos en el enorme progreso que hemos experimentado durante las dos últimas décadas en lo que al conocimiento y tratamiento de las arritmias cardiacas se refiere.
Si a finales de los 90 apenas sabíamos cómo tratar la mayoría de ellas, hoy podemos curar hasta el 50 % de las más complejas, como la fibrilación auricular o las taquicardias ventriculares.
Sin embargo, todavía tenemos un largo camino que recorrer para mejorar situaciones como la que se da en aproximadamente en la mitad de las fibrilaciones auriculares complejas, donde la ablación empírica –es decir, crear pequeñas cicatrices controladas mediante energía en regiones predeterminadas del corazón, con el objetivo de bloquear las señales eléctricas anómalas responsables de la arritmia– suele fracasar.
Esto ocurre porque el origen y el mantenimiento de la arritmia varían significativamente entre individuos, y lo que funciona en un corazón puede no tener ningún efecto en otro. Ni siquiera las técnicas más recientes —como la ablación mediante energía pulsada, que es más rápida y segura— logran resolver estos casos sin el apoyo de herramientas adicionales que permitan personalizar el tratamiento.
La solución pasa por la medicina personalizada, la cual solo es verdaderamente posible con el uso de los gemelos digitales, ya que permite simular diferentes estrategias antes de intervenir.
Este enfoque es especialmente prometedor en pacientes complejos y en aquellos con cardiopatías congénitas o en quienes han fallado tratamientos previos.
Los retos del camino
En este punto, somos conscientes del enorme potencial de esta nueva herramienta, pero también de los obstáculos que hay que superar: necesitamos datos clínicos de alta calidad, estudios de validación realizados en múltiples hospitales y contextos clínicos (lo que se conoce como validación multicéntrica) y una integración fluida en los entornos hospitalarios.
Se trata de tecnologías incipientes, y un buen gemelo digital no es necesariamente el que reconstruye en detalle todo el corazón, sino aquel suficientemente complejo para tener capacidad predictiva y, a la vez, suficientemente sencillo para ser fácil de calcular y aplicar.
El proceso regulatorio tampoco es sencillo, ya que los sistemas son, como siempre pedimos los ciudadanos, altamente prudentes y exigentes, por lo que las innovaciones deben ser validadas en diferentes centros médicos (validación multicéntrica) y con estudios que sigan a los pacientes en el tiempo desde el inicio del tratamiento (validación prospectiva). Esto es algo imprescindible, pero puede retrasar su implantación clínica si no va asociado a una importante inversión.
Además, es fundamental formar a los profesionales clínicos en la interpretación de estos modelos y garantizar que se apliquen de manera ética y equitativa.
Un nuevo paradigma
Igual que hoy cada persona tiene un historial médico, en el futuro dispondremos de un gemelo digital. En cada revisión anual, nuestra evolución podrá compararse con lo previsto por el modelo, permitiendo detectar con años de adelanto posibles envejecimientos o alteraciones que faciliten tratamientos preventivos.
El papel de Europa, a través de redes de colaboración entre hospitales, universidades y sociedades científicas, será clave para asegurar que estos avances lleguen a quienes más los necesitan.
Andreu M. Climent recibe fondos de investigación competitiva de instituciones como EIT Health, la Agencia Estatal de Investigación del Gobierno de España y la Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana. Es cofundador y presidente de la empresa Corify Care, spin-off del Hospital General Universitario Gregorio Marañón y de la Universitat Politècnica de València, donde también posee participaciones societarias.
María S Guillem recibe fondos de investigación competitiva de instituciones como la Comisión de las Comunidades Europeas, EIT Health, la Agencia Estatal de Investigación del Gobierno de España y la Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana. Es cofundadora y directora científica de la empresa Corify Care, spin-off del Hospital General Universitario Gregorio Marañón y de la Universitat Politècnica de València, donde también posee participaciones societarias.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.