Proyecto MACbioIDI: cómo la astrofísica puede ayudar a la biomedicina

Proyecto MACbioiDI, coordinado por la ULPGC. / C.S.

El proyecto MACbioiDI está coordinado por el catedrático de la ULPGC Juan Ruiz Alzola (imagen superior izq.).

Medir la radiación que viene del espacio, de cualquier punto del universo conocido, es actividad habitual de la astrofísica. Que la misma tecnología que se emplea con ese propósito, conceptualmente, pueda aplicarse en biomedicina ofrece todo un potencial que los científicos empiezan a analizar.

 

Y, más allá, que esa aplicación pueda utilizarse, por ejemplo, para luchar contra una enfermedad como la diabetes que está a las puertas de convertirse en una pandemia, con una alta tasa de prevalencia en Canarias y relevantes índices de morbilidad y mortalidad, la convierte más aún en un interesante desafío.

 

Los científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), los ingenieros de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) junto a especialistas médicos del Servicio Canario de la Salud, ya trabajan en un proyecto para el desarrollo de un sistema clínico que pueda monitorizar el pie diabético, una de las enfermedades asociadas a esta patología.

 

La tecnología basada en el conocimiento astrofísico pretende permitir la detección de infecciones subcutáneas y prevenir de esta forma complicaciones en las extremidades inferiores que, en ocasiones, implican incluso la amputación del miembro del enfermo.

 

Se trata del primer proyecto del Programa de Tecnología Médica del IAC, una de las líneas de actividad del IACTEC, la división del Astrofísico dedicada a la cooperación tecnológica y empresarial.

 

Los investigadores pretenden crear un sistema de monitorización y medida de anomalías térmicas subcutáneas no invasivo usando tecnología desarrollada mediante la colaboración entre la ULPGC y el IAC para medir en distintas bandas de frecuencia las longitudes de ondas tanto en infrarrojos como en microondas. El dispositivo ofrecería la radiación natural del cuerpo humano de manera que pudiese discriminarse la existencia de anomalías térmicas debidas a infecciones internas antes de que estas se manifiesten en la superficie corporal.

 

Este desarrollo tecnológico es, en realidad, una de las acciones prioritarias de un proyecto más ambicioso: el MACbioIDi, cofinanciado por el programa de la Unión Europea Interreg MAC, con dos millones de euros para el periodo del 1 de enero de 2017 a 31 de diciembre de 2019.

 

En torno a él se ha constituido un consorcio internacional de 31 socios de Canarias, Madeira, Azores, Cabo Verde, Mauritania, Senegal, España peninsular y Estados Unidos. MACbioIDi busca demostrar con acciones de investigación, formación y transferencia a empresas en el ámbito de la tecnología médica que es posible llevar a la práctica con éxito políticas públicas basadas en la economía del conocimiento y la aplicación de la estrategia RIS3 (la especialización inteligente en innovación que impulsa en los últimos años la UE).

 

 

Radiación espacial, radiación humana

La aplicación clínica prioritaria a desarrollar en MACbioIDi es este sistema de diagnosis y prevención de complicaciones del pie diabético. “En Canarias disponemos de la capacidad y la experiencia para desarrollar esta nueva tecnología gracias al conocimiento del Astrofísico y la especialización médica de la ULPGC”, afirma Juan Ruiz Alzola, Catedrático de Tecnologías de la Imagen de la Universidad grancanaria y coordinador e investigador principal de MACbioIDi.

 

A ambas fortalezas en el ámbito de la investigación se suma el que la diabetes en Canarias constituye un serio problema de salud pública por lo que una nueva tecnología diagnóstica para su abordaje es asimismo considerada clave para las autoridades sanitarias.

 

En el Archipiélago, la diabetes es la primera causa de muerte en mujeres y la tercera en hombres (datos de la Consejería de Sanidad autonómica de referencia de 2013). En este sentido, las tasas de mortalidad son superiores (5%) en relación a las tasas de mortalidad españolas (3%).

 

Además, y de acuerdo a la Encuesta Nacional de Salud (2011-12), la diabetes en Canarias se encuentra 0.7 puntos porcentuales por encima de la media en nuestro país (España, 7% y en Canarias, 7.7%), en personas que han sido diagnosticadas.

 

El pie diabético, un mal común en esta patología, se produce consecuencia del alto nivel de azúcar en sangre que, con el tiempo, puede dañar los nervios o los vasos sanguíneos lo que, a su vez, provoca la pérdida de sensación en esta extremidad. Así que para el diabético percibir una cortadura, una ampolla o una llaga se le hace más difícil hasta que las lesiones son importantes y se presentan úlceras e infecciones. El daño en los vasos sanguíneos, asimismo, puede significar que los pies no reciben suficiente sangre y oxígeno por lo que la curación de una infección, una llaga o una úlcera es más difícil.

 

Pero, ¿cómo repercutir el avance de la astrofísica, con tecnología capaz de medir la radiación espacial, en un problema tan a ras de tierra como las complicaciones de una persona con diabetes en sus extremidades inferiores?

 

El calor del cuerpo hace que este emita radiación. En astrofísica, los científicos miden la que viene del espacio. Así que astrofísicos del IAC e investigadores de la ULPGC ya se han puesto a trabajar en un sistema que empleando esa tecnología, la termografía por microondas, permita la detección de infecciones subcutáneas midiendo el calor corporal del paciente. “Lo vamos a hacer en la banda del infrarrojo medio pero eso solo nos permite ver la temperatura superficial. La principal innovación de nuestro sistema es el empleo de las microondas para realizar esa evaluación de posibles daños”.

 

La base de la nueva tecnología es registrar las radiaciones de microondas que emite el cuerpo para poder identificar patrones térmicos anómalos hasta una profundidad de entre 3 y 5 centímetros. Si la radiación es superior a la normal, la irregularidad indicaría la infección en un grado incipiente de manera que su diagnóstico permitiría detectar el pie diabético antes de su complicación previniendo sus efectos, uno de ellos la amputación del miembro.

 

Aunque la aplicación clínica prioritaria es en esta dolencia, sería susceptible de utilizarse en distintas especialidades médicas para detectar otros tipos de infecciones subcutáneas en un estadio incipiente, como por ejemplo, la sinusitis.

 

 

Semejanza conceptual: transferencia

En el campo de la astrofísica se mide la radiación que viene del universo, que es muy débil. El proyecto MACbioIDi pretende calibrar y analizar la que produce directamente el cuerpo. Una analogía de concepto que puede abrir la puerta a muchas utilidades, al menos en teoría, según Alzola. Solo hay que aprovechar la experiencia del IAC, que a finales de 2015 estrenó su programa de Tecnología Médica.

 

Este tipo de transferencia de conocimiento empieza a desarrollarse en el mundo. Existen algunas experiencias a cargo de la Harvard Medical School y también en Suiza pero la unión de estos dos mundos, el de la astrofísica y la biomedicina, está aún muy verde en el ámbito internacional y, por supuesto, en España. En las Islas un proyecto como este es totalmente novedoso. “En el mundo hay muy pocas experiencias de este tipo”, afirma el investigador principal de MACbioIDi.

 

Con él no solo se beneficiarían las aplicaciones para diagnosticar y prevenir infecciones en el pie diabético, sino también en el campo del tratamiento del cáncer. La utilización de la termografía por microondas en tejidos biológicos permitiría conocer cómo se comportan ante esta tecnología y ofrecería la posibilidad de realizar planificaciones personalizadas en tratamientos como, por ejemplo, la radioterapia. “Podremos saber la dosis exacta adecuada para un paciente pero no solo porque la clínica ofrezca la información sobre el tamaño del tumor y su estadio sino porque vamos a poder hacer la simulación electromagnética para ver cómo afectaría la radiación por microondas a la zona afectada”.

 

El otro gran campo de actuación biomédica del proyecto, fuera del contexto del aprovechamiento del conocimiento de la astrofísica, es el del desarrollo de aplicaciones específicas en el área de la neurociencia.

 

MACbioIDi se apoya aquí en la erudición y gran experiencia del equipo que dirige José Luis González Mora, responsable del Servicio de Resonancia Magnética para Investigaciones Biomédicas y director del grupo de investigación de Neuroquímica y Neuroimagen de la Universidad de La Laguna (ULL).

 

El objetivo: combinar la resonancia magnética funcional con tomografía óptica difusa (Dot) y con electroencefalografía para hacer análisis funcionales del cerebro.

 

La DOT se basa en el uso de la luz difusa que penetra los tejidos en múltiples proyecciones para producir imágenes tomográficas y usa formaciones de láseres y detectores en diferentes configuraciones geométricas alrededor del objeto.

 

De manera que esta tecnología ofrece la imagen óptica de seres vivos aportando datos cuantitativos sobre la absorción de la luz, su dispersión y la captación de agentes de contraste de fluorescencia. El tipo de DOT más utilizado es el que mide cambios en la oxigenación de la sangre causados por la actividad neuronal.

 

 

 

 

Del prototipo al ensayo clínico

Los astrofísicos, los ingenieros de la ULPGC, y los investigadores del grupo de investigación de Neuroquímica y Neuroimagen de la ULL, junto a los otros socios y partners, trabajan ya en el desarrollo de las aplicaciones del proyecto MACbioIDI. El conocimiento y la capacidad tecnológica convergerán en la creación de los correspondientes prototipos que después habrá que probar en la fase posterior, la del ensayo clínico.

 

La efectividad y el uso médico del sistema de microondas para diagnosticar complicaciones en el pie diabético y en radioterapia; o las aplicaciones en neurociencia han de contar con la estructura tecnológica adecuada para la verificación.

 

Es aquí en donde juega su papel principal, como socio y colaborador de MACbioIDI, la Universidad de Harvard. El profesor Ron Kikinis, uno de los máximos expertos en sistemas computacionales para medicina del mundo, pone a disposición del proyecto las décadas de conocimiento que Harvard aglutina en la plataforma Slicer 3D. Esta estructura ha sido desarrollada durante los últimos 20 años y está liderada por el Surgical Planning Lab de la institución universitaria estadounidense y del Hospital Brigham & Women’s de Boston.

 

3D Slicer es una plataforma de software de código abierto de imágenes médicas, procesamiento y visualización tridimensional fruto del trabajo de una comunidad mundial de desarrolladores. Ofrece herramientas de procesamiento multiplataforma gratuitas y de gran alcance para médicos, investigadores y público en general. En MACbioIDI será clave pues en ella confluirán las aplicaciones que conciban los investigadores del proyecto, aprovechando el cúmulo de software ya preexistente. Slider 3D facilitará el ensayo clínico y la verificación de los nuevos productos tecnológicos que se pretende se apliquen a los pacientes.

 

En este ámbito, un papel también protagonista le corresponde al Grupo de Tecnología Médica y Audiovisual (GTMA) del Instituto Universitario de Investigación Biomédica y Sanitaria (IUIBS) de la ULPGC. Un equipo cuya misión es la incorporación de las tecnologías de la información y las comunicaciones a la investigación, formación y práctica biomédicas.

 

El GTMA está integrado por investigadores de distintas ramas de la ingeniería, la medicina y las ciencias básicas y presta especial atención a la transferencia de resultados tecnológicos a la sociedad y las empresas.

 

Desde el laboratorio del plan Motiva, de la Cátedra de Tecnologías Médicas de la ULPGC, un plan de innovación tecnológica en el campo de la Cirugía Mínimamente Invasiva, Reconstructiva y Regenerativa, se llevará a cabo el ensayo de las nuevas aplicaciones tecnológicas.

 

La experiencia de los investigadores acumulada en este laboratorio, desde el que se forma a estudiantes de Ciencias de la Salud y profesionales sanitarios y se ofertan servicios tecnológicos, respaldará las pruebas y verificaciones de los nuevos sistemas.

 

 

 

MACbioIDI en 5 claves

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Este proyecto en mucho más que estrictamente la investigación y desarrollo de aplicaciones TIC en el área de la salud y su transferencia al sector productivo. Aquí se aportan cinco rasgos que describen su potencial transversalidad en múltiples ámbitos.

 

1- El proyecto

MACbioIDi cuenta con 31 socios en Canarias, Madeira, Azores, Cabo Verde, Mauritania, Senegal, España peninsular y EE.UU. Su objetivo es desarrollar tecnología médica y programas formativos que puedan ser aprovechados en los territorios participantes, prestando atención a su transferencia social y empresarial. La colaboración se realiza sobre la plataforma software 3D Slicer, de código abierto, desarrollada durante los últimos 20 años y en continua evolución, liderada por el Sugical Planning Lab de la Universidad de Harvard y del Hospital Brigham & Women’s de Boston, participante asociado al Proyecto MACbioIDi.

 

2- El origen

La idea de organizar este proyecto surgió durante la estancia de Juan Ruiz Alzola en el IAC en 2015 para explorar la aplicación de tecnología astrofísica en medicina. Consecuencia de esa estancia se produjo la visita al Instituto del profesor Ron Kikinis (Univ Harvard) a principios de 2016, uno de los máximos expertos en sistemas computacionales para medicina del mundo con el que Ruiz Alzola había colaborado tiempo atrás. Además, hay que sumar la colaboración del investigador principal de MACbioIDI con el profesor Maynar, director de la Cátedra de Tecnologías Médicas de la ULPGC, y con el profesor José Luis González Mora (ULL), director del Servicio de Resonancia Magnética para Investigaciones Biomédicas. Hicieron una primera conceptualización del proyecto que se debatió después por los socios en terceros países. MACbioIDI se elaboró después de manera conjunta vía comunicación telemática por todos ellos así como con los participantes asociados.

 

3- Evaluación

El proyecto pretende servir de prueba de concepto que avale que en Canarias se dispone de una estructura de I+D que es capaz de llevar desde el laboratorio hasta aplicaciones prácticas la nueva tecnología, buscando nichos en los que el Archipiélago sea internacionalmente competitivo. Se trata, a la postre, de la materialización de las RIS3 en el ámbito de la tecnología biomédica.

 

4- Sostenibilidad

MACbioIDi es un proyecto de cooperación al desarrollo y trabaja la tecnología desde el entrenamiento del personal sanitario en la aplicación clínica final, con soluciones capaces de ser utilizadas en cualquier territorio. Es sostenible pues pretende que con las TIC se reduzcan prácticas como los ensayos en animales y se potencie el ahorro de recursos.

 

5- Transferencia empresarial

La tecnología de MACbioIDI no solo quiere beneficiar a la atención sanitaria, al paciente, sino también al sector productivo pues las empresas de cada territorio de la Macaronesia recibirán la transferencia de conocimiento y podrán participar de su producción y explotación comercial para generar riqueza en cada región.

 

 

 

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