Suspendida la conferencia por la dana
Alfonso Valencia: «Los gemelos digitales son un avance en medicina personalizada»
Los efectos del temporal en el Mediterráneo impiden que venga a León el director del departamento de Ciencias de la Vida del BSC-CNS, que tenía prevista una conferencia en el Aula Magna de la Facultad de Ciencias Biológicas y Ambientales dentro del XVII Ciclo de Divulgación Científica y Cultural de la ULE.
Alfonso Valencia Herrera.
Alfonso Valencia Herrera, profesor de la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (Icrea) y director del departamento de Ciencias de la Vida en el Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona (BSC-CNS) participa este miércoles en el XVII Ciclo de Actualidad Científica y Cultural de la Universidad de León con una conferencia en el Aula Magna de la Facultad de Biológicas y Ambientales (19.30 horas) con el título ‘De los genomas a los gemelos digitales’.
- ¿Qué son los gemelos digitales?
- Son representaciones virtuales de entidades o sistemas del mundo real alimentados continuamente con datos reales. Nosotros utilizamos métodos computacionales para simular sistemas biológicos, como un tumor evolucionando. Estos gemelos digitales aprovechan conjuntos de datos masivos y la potencia de cálculo de MareNostrum 5, para crear modelos dinámicos y muy detallados que permiten simulaciones y predicciones avanzadas, como la consecuencia de mutaciones o de la administración de fármacos en el desarrollo de un tumor.
- ¿Cómo definiría ese salto de los genomas a los gemelos digitales que va a abordar en su conferencia en León?
- Es un avance significativo en la medicina personalizada. Los modelos de sistemas —gemelos digitales— nos permiten modelar mejor la complejidad y exhaustividad de sistemas completos. La genómica proporciona tanto una instantánea estática de la composición genética de un individuo como una información dinámica sobre sus estados (genómica funcional, expresión génica, single cell genomics).
- ¿Qué cantidad de datos necesita un gemelo digital?
- Varía según la complejidad del sistema que se está modelando. En general, conocemos mucho menos sobre los sistemas biológicos que sobre otras áreas en las que se desarrollan gemelos digitales como pueden ser cadenas de montaje en factorías. Por tanto, estos gemelos digitales de sistemas biológicos requieren gran cantidad de datos complejos y heterogéneos procedentes de diversas fuentes que pueden incluir desde datos genómicos, imágenes, datos fisiológicos, información sobre el estilo de vida hasta historiales médicos. Esto requiere capacidades computacionales avanzadas de almacenamiento y gestión de datos.
- ¿Qué aplicaciones se están experimentando o están ya en marcha en la biomedicina?
- En medicina personalizada los gemelos digitales simulan la progresión de enfermedades y personalizan los tratamientos. Se acelera el desarrollo de nuevos fármacos y terapias. En cáncer apoyan los esfuerzos de investigación mediante la creación de modelos detallados de la progresión del tumor y la respuesta al tratamiento. En el impacto del cambio climático en la salud los gemelos digitales modelan sus efectos a nivel planetario (Destino Tierra es el gran proyecto Europeo) y su aplicación a la salud humana.
- ¿Hay especialidades en las que se más apropiada esta réplica de los gemelos digitales para avanzar?
- Los gemelos digitales son especialmente aplicables en áreas con datos abundantes e interacciones y componentes bien determinados. A medida que los sistemas son más complejos, como es el caso de los sistemas biológicos, la aplicación de gemelos digitales sigue siendo interesante pero mucho más dependiente de las fases iniciales de acceso, organización e integración de datos. En este sentido, la biomedicina es un ejemplo extremo, con aplicaciones en áreas como oncología, la investigación cardiovascular y la neurología, donde son importantes las imágenes de alta resolución, la información genética detallada y los datos longitudinales de los pacientes.
- ¿Hay resultados optimistas?
- Hay resultados relevantes en el desarrollo de herramientas para la detección precoz de enfermedades e interacciones entre enfermedades (comorbilidades) y su relación con los fármacos. Avances en la simulación y comprensión de los mecanismos de procesos biológicos complejos, como la metástasis y desarrollo de nuevas proteínas artificiales con nuevas capacidades enzimáticas con aplicaciones en biomedicina y biotecnología.
- Este nuevo escenario ¿cómo debería repercutir en la formación en Biológicas?
- El panorama digital y los conjuntos de datos masivos exigen una formación que dote a los futuros biólogos de sólidas habilidades en bioinformática, análisis de datos, biología computacional y visualización de datos. Son cruciales conocimientos en matemáticas y computación —en particular AI/ML, y un enfoque colaborativo de la investigación será esencial dada la escala masiva de estos proyectos.
- ¿En qué medida estos nuevos campos de trabajo pueden contribuir a la descentralización de la investigación?
- Las tecnologías digitales y el modelado computacional ofrecen oportunidades para la descentralización. Los proyectos colaborativos que involucran a investigadores de diferentes lugares geográficos se vuelven más factibles. Los grupos de investigación más pequeños pueden contribuir a proyectos más grandes proporcionando datos especializados o experiencia en análisis computacional. El acceso a recursos de computación de alto rendimiento son una garantía adicional para dar soporte al trabajo colaborativo y la descentralización de la investigación.
- ¿Podrían universidades como la ULE, con el Scayle, convertirse en ‘patas’ de grandes como el de Barcelona?
- Tanto a nivel europeo como nacional, los centros más pequeños con recursos informáticos significativos sirven como «nodos regionales» dentro de redes más grandes, contribuyendo con datos y potencia de cálculo a proyectos, promoviendo así la participación descentralizada y contribuyendo a la formación de expertos desarrolladores y usuarios. En el caso de España, esta estructura es la Red Española de Supercomputación (RES) a la que el BSC (Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación) y Scayle—Supercomputación Castilla y León. A nivel europeo, el BSC pertenece a la red EuroHPC constituida por superordenadores nacionales. Todos estos recursos están abiertos a investigadores nacionales o europeos para el desarrollo de proyectos científicos que son evaluados por comités científicos independientes.
- Los gemelos digitales de la Tierra para el cambio climático en los que trabaja el leonés Miguel Castrillo. ¿Tiene que ver con su área de investigación?
- Mi departamento de Ciencias de Vida colabora con el de Ciencias de la Tierra en el análisis de la influencia de las variables ambientales (contaminación, clima) con la emergencia de enfermedades en varios proyectos con distintos objetivos en cuanto a enfermedades e implicaciones sociales. En este caso, combinamos los modelos de enfermedades a nivel social con los modelos (gemelos digitales del clima). Considero que el preocupante entorno del cambio climático y su impacto en la salud humana hace estos proyectos urgentes desde el punto de científico y social.
- ¿Valoran el ingente gasto de energía y agua de los grandes centros de computación ?
- Efectivamente, hay una creciente preocupación por las prácticas informáticas sostenibles y la integración de consideraciones de eficiencia en el desarrollo de los proyectos a gran escala, incluyendo los propios centros de supercomputación y datos. En nuestra caso esta preocupación se plasma en varias líneas de actuación. La energía utilizada en el BSC / MareNostrum 5 es garantizada como proveniente de fuentes “verdes”, participamos o lideramos proyectos dedicados a medir la eficiencia de los algoritmos y para mejorarlos (“algoritmos verdes”) e inculcamos en nuestros estudiantes una cultura de responsabilidad sobre el uso de los recursos computacionales. Más allá del uso responsable, contribuimos a proyectos sobre cambio climático que buscan soluciones, pensando que la computación debe ser una solución aunque también sea un problema.
- ¿Qué otras utilidades tienen los gemelos digitales?
- El campo de los gemelos digitales en medicina y biomedicina está en rápida evolución. En el entorno médico los gemelos digitales están destinados a complementar los ensayos clínicos o a ayudar en la gestión de servicios médicos como pueden ser los cuidados intensivos. En el área de biomedicina la aprobación de nuevos medicamentos para su experimentación en humanos (ensayos médicos) depende cada vez más de métodos computacionales que de experimentos en modelos animales. En este sentido los gemelos de sistemas biológicos se están convirtiendo en parte del conjunto de herramientas disponibles para el desarrollo de nuevas medicinas.