De wearables a “elementos internos”

También se espera que la supervisión de la salud avance a pasos agigantados a medida que la electrónica integrada (también conocida como “componentes internos”) esté disponible comercialmente. Estos consistirán en parches electrónicos flexibles que se pueden injertar directamente en los músculos y órganos para monitorear la frecuencia cardíaca, la función hepática, la función renal, la digestión, la respiración y la actividad cerebral en busca de signos de irregularidades.

Estos mismos dispositivos también podrían liberar medicamentos según sea necesario, lo que sería especialmente útil para pacientes que padecen diabetes o trastornos neurológicos. Entre los sensores internos que brindan monitoreo de salud regular y los que pueden administrar medicamentos, las personas podrán personalizar su atención médica de una manera que nunca antes fue posible.

Si bien estos dispositivos ayudarán al auge de la medicina personalizada, seguramente también se convertirán en una característica habitual en los hospitales. En lugar de monitorear los signos vitales y la biometría de los pacientes con almohadillas que se conectan a través de cables a equipos voluminosos, todo lo que los médicos y enfermeras necesitan saber se transmitirá de forma inalámbrica desde los sensores portátiles directamente a un sistema de monitoreo de pacientes.

Los “internos” también tomarán la forma de nanomáquinas, pequeños robots que miden solo unas pocas micras de diámetro, o ~ 4 × 10-5 pulgadas (1 × 10-6 metros). Entre 2009 y 2025, se proyecta que el valor de mercado global de la nanomedicina crezca de $ 53 mil millones a $ 334 mil millones de dólares, un promedio de crecimiento del 17,5% por año. A esta tasa de aumento, el mercado se valorará en más de $ 19 billones para 2050.

La nanomedicina vendrá en muchas formas a mediados de siglo, incluidos nanosensores, nanopartículas y nanorobots. Los nanosensores tomarán la forma de pequeñas máquinas equipadas con minúsculos emisores de radio / microondas y / o espectrómetros. Estos se tomarán internamente y escanearán la sangre y los tejidos blandos del usuario en busca de signos de desequilibrios químicos, bacterias, virus, VIH o células cancerosas.

Durante años, las nanopartículas se han investigado por sus posibles aplicaciones médicas y es probable que se conviertan en el medio predominante de administración de medicamentos en los próximos años. Por ejemplo, se ha demostrado que las nanopartículas que contienen veneno de abeja son muy eficaces para matar el cáncer y las células del VIH, sin dañar el tejido circundante.

En este sentido, las nanopartículas médicas podrían curar enfermedades mortales sin los efectos secundarios dañinos típicos de la quimioterapia o los medicamentos antivirales. Mientras tanto, se podrían crear nanorobots que se introducirían en el torrente sanguíneo y se encargarían de eliminar la placa y los bloqueos de las arterias, mejorar la circulación, reparar úlceras, aneurismas y otros problemas de salud.

Empleados por hospitales y equipos médicos de emergencia (EMT), los nanorobots médicos podrían eliminar la necesidad de una cirugía exploratoria y el enfoque de diagnóstico anticuado. Simplemente inyecte a un paciente con una cultura de nanorobots, y los médicos o los socorristas tendrán todos los datos que necesitan para administrar un tratamiento que salve vidas.

Chequeos y médicos virtuales

Gracias al crecimiento del acceso a Internet de banda ancha, también es posible que los médicos y los pacientes ni siquiera necesiten reunirse en persona a mediados de siglo. Si bien las consultas cara a cara seguirán existiendo y serán el método preferido en casos graves, las “teleconsultas” reemplazarán en gran medida a los chequeos regulares.

Usando sus sensores domésticos, dispositivos portátiles e internos, los pacientes podrían simplemente enviar sus datos de atención médica a un médico que los interpretaría (posiblemente con la ayuda de una IA) y, a cambio, enviaría consejos médicos. Con el tiempo, estas consultas probablemente se volverán más sofisticadas, pasando de depender de dispositivos y aplicaciones como Skype o Zoom, para eventualmente incluir el uso de realidad virtual inmersiva.

Cuando se combina con los avances en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, es posible que los pacientes ni siquiera necesiten un médico de carne y hueso para dar consejos. De hecho, más personas en todo el mundo pueden confiar su información de salud a una inteligencia artificial (un practicante virtual o “VP”) que les informará qué podría estar mal, en función de sus síntomas.

Con los avances en robótica, retroalimentación sensorial (también conocida como háptica) y realidad virtual, los médicos también podrán realizar cirugías en pacientes al otro lado del mundo: “teleoperaciones”. Si bien las salas de cirugía robótica, conectadas a Internet, realizarán las operaciones reales, es probable que sea el trabajo de un cirujano humano (usando un traje de realidad virtual de cuerpo completo) controlar el procedimiento.

Robótica y biónica

Los avances en robótica y biónica también estarán a la vanguardia de la innovación médica a medida que se acerque 2050. Ya hemos visto cómo los exoesqueletos robóticos pueden ayudar a las personas a recuperarse de lesiones y a lidiar con una parálisis parcial. Pero para 2050, los exoesqueletos, que probablemente serán más livianos, más pequeños y estarán hechos de materiales flexibles, serán la punta del iceberg.

Como exploramos en una entrega anterior, la robótica y la cibernética se convertirán en una característica habitual para los soldados en 2050, tanto dentro como fuera del campo de batalla. Pero será el mercado comercial donde estos avances serán los más impactantes, particularmente para los pacientes que se recuperan de accidentes y lesiones graves.

Por ejemplo, los implantes oculares estarán disponibles para los pacientes que han sufrido una pérdida de visión, ofreciendo una visión restaurada (o incluso mejorada), mientras que la cóclea artificial y los huesos del oído podrían corregir la pérdida de audición. Los estimuladores optogenéticos, que dependen de pulsos de luz para estimular los músculos, podrían tratar lesiones de tejidos blandos que de otro modo requerirían años de cirugía, fisioterapia y analgésicos.

Otra innovación importante (que ya estamos viendo hoy en forma de Neuralink) son los implantes neuronales, que se espera que se conviertan en algo común a mediados de siglo. Además de permitir la interconexión cerebro-máquina y cerebro-cerebro (BMI y BBI), los implantes blandos y flexibles también podrían usarse para tratar lesiones cerebrales y curar enfermedades neurológicas.

También está el floreciente campo de la biónica, donde la electrónica imita la biología para mejorar las habilidades humanas. Si bien las mejoras electivas y militares son inevitables, las aplicaciones médicas, como los órganos artificiales y las extremidades de reemplazo, serán posiblemente las más comunes para 2050.

En los últimos años, se han comercializado prótesis que utilizan electrodos para conectarse a los canales nerviosos del usuario, lo que les permite controlar las extremidades como lo harían con sus propios brazos o piernas. Además, hoy en día existen prótesis que pueden proporcionar retroalimentación sensorial utilizando electrodos que estimulan nervios específicos (presión, vibración, temperatura, placer / dolor).

Para 2050, estos avances podrían culminar en el desarrollo de mejoras biónicas que son indistinguibles de las reales, al menos en términos de apariencia. A medida que esta tecnología se vuelva más disponible y accesible, también significará la diferencia entre la vida y la muerte para más y más personas.

Edición de genes y bioimpresión

En 2012, se realizó uno de los hallazgos más significativos en la historia de la biología y la medicina cuando Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier publicaron una investigación que indicaba que la proteína Cas9 (proteína 9 asociada a CRISPR) podría programarse usando ARN. Esto abrió la puerta a la edición genómica CRISPR-Cas9, donde la estructura misma del ADN se puede alterar para eliminar o agregar secuencias.

En las próximas décadas, se espera que las mejoras en la edición del genoma conduzcan a la ingeniería genética de “arrastrar y soltar” ya la eliminación de muchas enfermedades genéticas. Mientras tanto, se prevé que las terapias génicas estén disponibles comercialmente para restaurar la pérdida de la vista y la audición y curar el Alzheimer, el Parkinson, la parálisis y otras afecciones y enfermedades degenerativas.

Otras opciones de tratamiento que se volverán comunes a mediados de siglo incluyen la terapia con células madre. De hecho, se espera que las farmacias de células madre, que dispensan terapias de tejidos, estén disponibles comercialmente en el mundo desarrollado a principios de la década de 2030, ofreciendo tratamientos asequibles, personalizados y dirigidos para regenerar partes del cuerpo, órganos y restaurar capacidades.

La creciente disponibilidad de células madre también tendrá implicaciones drásticas en lo que respecta a la bioimpresión. Como aplicación médica de la impresión 3D (fabricación aditiva), la bioimpresión implica el uso de células madre para fabricar materiales biológicos, incluida la piel de reemplazo, los huesos, los órganos y las partes del cuerpo de reemplazo.

A medida que la bioimpresión esté más disponible, será posible que las personas ingresen a una clínica u hospital, proporcionen una muestra de ADN y tengan un cultivo de células madre basado en su genoma preparado en poco tiempo. Estas células madre podrían usarse para crear lo que la persona necesite, ya sea un riñón nuevo, un injerto de piel o vasos sanguíneos nuevos.

Hay muchas métricas para medir el crecimiento y el desarrollo humanos. Para algunos, el progreso es una cuestión de crear estructuras más grandes, brillantes y elaboradas. Para otros, es la cantidad de personas (y otros seres vivos) en nuestra sociedad a quienes estamos dispuestos a extender derechos y privilegios básicos. Algunos incluso piensan que el progreso se puede medir en la eficacia con la que nos matamos unos a otros.

Pero la mayoría de la gente probablemente estaría de acuerdo en que el estado de la medicina y cómo cuidamos a nuestros enfermos y heridos es la métrica más valiosa para medir lo lejos que hemos llegado. Para 2050, habremos logrado avances increíbles, curado algunas de las enfermedades más mortales y mejoraremos la calidad de vida de miles de millones de personas en todo el mundo.

Estos avances se probarán a fondo como nuevas amenazas para la salud, muchas de las cuales serán el resultado del cambio climático, llevarán al límite nuestra infraestructura y nuestros medios. Al igual que con todos los demás aspectos de la vida que hemos explorado con esta serie, la forma en que tratamos a los enfermos y heridos es otra forma en que la humanidad se verá arrastrada en dos direcciones a la vez a mediados de siglo.

¿Cómo se desarrollará todo? Es difícil de decir. Pero desde nuestro punto de vista actual, hay dos posibilidades claras: o las cosas eventualmente mejorarán o continuarán empeorando. Afortunadamente, todos los que viven hoy en día han participado o participarán en asegurarse de que sea lo primero. La única pregunta es, ¿estamos a la altura de la tarea?

Varias tecnologías y herramientas tuvieron la oportunidad de demostrar su valía por primera vez en el contexto de COVID-19. Tres investigadores que trabajan en vacunas basadas en genes, diagnósticos portátiles y descubrimiento de fármacos explican cómo su trabajo hizo frente al desafío de la pandemia y sus esperanzas de que cada tecnología esté ahora preparada para seguir haciendo grandes cambios en la medicina.

Vacunas genéticas

Hace treinta años, los investigadores inyectaron por primera vez en ratones genes de un patógeno extraño para producir una respuesta inmune. Como muchos descubrimientos nuevos, estas primeras vacunas basadas en genes tuvieron sus altibajos. Las primeras vacunas de ARNm eran difíciles de almacenar y no producían el tipo correcto de inmunidad. Las vacunas de ADN eran más estables pero no eran eficaces para entrar en el núcleo de la célula, por lo que no producían suficiente inmunidad.

Los investigadores superaron lentamente los problemas de estabilidad, consiguiendo las instrucciones genéticas donde debían estar y haciéndolas inducir respuestas inmunitarias más eficaces. Para 2019, los laboratorios académicos y las empresas de biotecnología de todo el mundo tenían docenas de vacunas de ARNm y ADN prometedoras para enfermedades infecciosas, así como para el cáncer en desarrollo o en ensayos clínicos humanos de fase 1 y fase 2.

Cuando golpeó COVID-19, las vacunas de ARNm en particular estaban listas para ser puestas a prueba en el mundo real. La eficacia del 94% de las vacunas de ARNm superó las expectativas más altas de los funcionarios de salud.

Las vacunas de ADN y ARNm ofrecen enormes ventajas sobre los tipos tradicionales de vacunas, ya que utilizan solo el código genético de un patógeno, en lugar de todo el virus o la bacteria. Las vacunas tradicionales tardan meses, si no años, en desarrollarse. Por el contrario, una vez que los científicos obtienen la secuencia genética de un nuevo patógeno, pueden diseñar una vacuna de ADN o ARNm en días, identificar un candidato principal para ensayos clínicos en semanas y fabricar millones de dosis en meses. Esto es básicamente lo que pasó con el coronavirus.

Las vacunas basadas en genes también producen respuestas inmunitarias precisas y eficaces. Estimulan no solo los anticuerpos que bloquean una infección, sino también una fuerte respuesta de las células T que puede eliminar una infección en caso de que ocurra. Esto hace que estas vacunas sean más capaces de responder a las mutaciones y también significa que podrían ser capaces de eliminar infecciones crónicas o células cancerosas.

Las esperanzas de que las vacunas basadas en genes puedan algún día proporcionar una vacuna para la malaria o el VIH, curar el cáncer, reemplazar las vacunas tradicionales menos efectivas o estar listas para detener la próxima pandemia antes de que comience, ya no son descabelladas. De hecho, muchas vacunas de ADN y ARNm contra una amplia gama de enfermedades infecciosas, para el tratamiento de infecciones crónicas y para el cáncer ya se encuentran en etapas avanzadas y ensayos clínicos. Como alguien que ha estado trabajando en estas vacunas durante décadas, creo que su probada eficacia contra COVID-19 marcará el comienzo de una nueva era de vacunología con las vacunas genéticas a la vanguardia.

Tecnología portátil y detección temprana de enfermedades

Durante la pandemia, los investigadores han aprovechado al máximo la proliferación de relojes inteligentes, anillos inteligentes y otras tecnologías de salud y bienestar portátiles. Estos dispositivos pueden medir la temperatura, la frecuencia cardíaca, el nivel de actividad y otros datos biométricos de una persona. Con esta información, los investigadores han podido rastrear y detectar infecciones por COVID-19 incluso antes de que las personas noten que tienen algún síntoma.

A medida que el uso y la adopción de dispositivos portátiles crecieron en los últimos años, los investigadores comenzaron a estudiar la capacidad de estos dispositivos para monitorear enfermedades. Sin embargo, aunque era posible la recopilación de datos en tiempo real, el trabajo anterior se había centrado principalmente en las enfermedades crónicas.

Pero la pandemia sirvió como lente para enfocar a muchos investigadores en el campo de los wearables para la salud y les ofreció una oportunidad sin precedentes para estudiar la detección de enfermedades infecciosas en tiempo real. La cantidad de personas potencialmente afectadas por una sola enfermedad, COVID-19, en un momento dado les dio a los investigadores una gran población para extraer y probar hipótesis. Combinado con el hecho de que más personas que nunca utilizan dispositivos portátiles con funciones de control de la salud y que estos dispositivos recopilan una gran cantidad de datos útiles, los investigadores pudieron intentar diagnosticar una enfermedad utilizando únicamente datos de dispositivos portátiles, un experimento con el que antes solo podían soñar.

Los wearables pueden detectar síntomas de COVID-19 u otras enfermedades antes de que los síntomas se noten. Si bien han demostrado ser capaces de detectar enfermedades de manera temprana, los síntomas que detectan los dispositivos portátiles no son exclusivos de COVID-19. Estos síntomas pueden predecir una serie de posibles enfermedades u otros cambios de salud, y es mucho más difícil decir qué enfermedad tiene una persona que simplemente decir que está enferma de algo.

Al entrar en el mundo de la pospandémica, es probable que más personas incorporen wearables a sus vidas y que los dispositivos solo mejoren. Espero que el conocimiento que los investigadores hayan adquirido durante la pandemia sobre cómo usar dispositivos portátiles para monitorear la salud constituirá un punto de partida sobre cómo manejar futuros brotes, no solo de pandemias virales, sino potencialmente de otros eventos como brotes de intoxicación alimentaria y episodios de gripe estacional. . Pero dado que la tecnología portátil se concentra en los bolsillos de poblaciones ricas y más jóvenes, la comunidad de investigadores y la sociedad en su conjunto deben abordar simultáneamente las disparidades que existen.

Una nueva forma de descubrir las drogas

Las proteínas son las máquinas moleculares que hacen que sus células funcionen. Cuando las proteínas funcionan mal o son secuestradas por un patógeno, a menudo se contrae una enfermedad. La mayoría de los medicamentos funcionan interrumpiendo la acción de una o varias de estas proteínas que funcionan mal o secuestradas. Entonces, una forma lógica de buscar nuevos medicamentos para tratar una enfermedad específica es estudiar genes y proteínas individuales que se ven directamente afectados por esa enfermedad. Por ejemplo, los investigadores saben que el gen BRCA, un gen que protege su ADN para que no se dañe, está estrechamente relacionado con el desarrollo del cáncer de mama y de ovario. Así que mucho trabajo se ha centrado en encontrar fármacos que afecten la función de la proteína BRCA.

Sin embargo, las proteínas individuales que trabajan de forma aislada no suelen ser las únicas responsables de la enfermedad. Los genes y las proteínas que codifican son parte de redes complicadas: la proteína BRCA interactúa con decenas a cientos de otras proteínas que le ayudan a realizar sus funciones celulares. Mis colegas y yo somos parte de un campo pequeño pero creciente de investigadores que estudian estas conexiones e interacciones entre proteínas, lo que llamamos redes de proteínas.

Desde hace algunos años, mis colegas y yo hemos estado explorando el potencial de estas redes para encontrar más formas en las que los medicamentos podrían mejorar la enfermedad. Cuando golpeó la pandemia de coronavirus, sabíamos que teníamos que probar este enfoque y ver si podía usarse para encontrar rápidamente un tratamiento para esta amenaza emergente. Inmediatamente comenzamos a mapear la extensa red de proteínas humanas que el SARS-CoV-2 secuestra para que pueda replicarse.

Una vez que construimos este mapa, identificamos proteínas humanas en la red a las que los medicamentos podrían atacar fácilmente. Encontramos 69 compuestos que influyen en las proteínas de la red de coronavirus. 29 de ellos ya son tratamientos aprobados por la FDA para otras enfermedades. El 25 de enero publicamos un artículo que mostraba que uno de los fármacos, Aplidin (Plitidepsin), que se utiliza actualmente para tratar el cáncer, es 27,5 veces más potente que el remdesivir en el tratamiento del COVID-19, incluida una de las nuevas variantes. aprobado para ensayos clínicos de fase 3 en 12 países como tratamiento para el nuevo coronavirus.

Pero esta idea de mapear las interacciones proteicas de las enfermedades para buscar nuevos objetivos farmacológicos no se aplica solo al coronavirus. Ahora hemos utilizado este enfoque en otros patógenos, así como en otras enfermedades, como el cáncer, los trastornos neurodegenerativos y psiquiátricos.

Estos mapas nos permiten conectar los puntos entre muchos aspectos aparentemente dispares de enfermedades individuales y descubrir nuevas formas en que los medicamentos podrían tratarlas. Esperamos que este enfoque nos permita a nosotros y a los investigadores de otras áreas de la medicina descubrir nuevas estrategias terapéuticas y también ver si algún medicamento antiguo podría reutilizarse para tratar otras afecciones.

El aprendizaje automático está tomando por asalto el diagnóstico médico. Desde enfermedades oculares, cáncer de mama y otros cánceres, hasta trastornos neurológicos más amorfos, la IA está igualando rutinariamente el desempeño del médico, si no lo supera por completo.

Sin embargo, ¿cuánto podemos tomar esos resultados al pie de la letra? Cuando se trata de decisiones de vida o muerte, ¿cuándo podemos confiar plenamente en algoritmos enigmáticos, “cajas negras” que ni siquiera sus creadores pueden explicar o comprender por completo? El problema se vuelve más complejo a medida que la IA médica atraviesa múltiples disciplinas y desarrolladores, incluidas potencias tanto académicas como de la industria como Google, Amazon o Apple, con incentivos dispares.

Un estudio explosivo de Google Health para la detección del cáncer de mama afirmó haber desarrollado un sistema de inteligencia artificial que superó ampliamente a los radiólogos en el diagnóstico de cáncer de mama y puede generalizarse a poblaciones más allá de las que se utilizan para el entrenamiento, una especie de santo grial que es increíblemente difícil debido a la falta de grandes conjuntos de datos de imágenes médicas. El estudio causó sensación en el panorama de los medios de comunicación y generó un gran revuelo en la esfera pública para la “mayoría de edad” de la IA médica.

El problema, argumentaron los académicos, es que el estudio carecía de suficientes descripciones del código y el modelo para que otros lo replicaran. En otras palabras, solo podemos confiar en el estudio en su palabra, algo que simplemente no se hace en la investigación científica. Google Health, a su vez, redactó una refutación cortés, matizada pero asertiva, argumentando su necesidad de proteger la información del paciente y evitar que la IA de ataques maliciosos.

Discursos académicos como estos forman la sede de la ciencia y pueden parecer increíblemente nerds y obsoletos, especialmente porque en lugar de canales en línea, las dos partes recurrieron a una discusión de papel y lápiz de siglos de antigüedad. Sin embargo, al hacerlo, elevaron un debate necesario a una amplia audiencia mundial, y cada lado lanzó golpes sólidos que, a su vez, podrían sentar las bases de un marco de confianza y transparencia en la IA médica, en beneficio de todos. Ahora, si tan solo pudieran rapear sus argumentos en la línea de las batallas del gabinete de Hamilton y Jefferson en Hamilton.

Es fácil ver de dónde provienen los argumentos académicos. La ciencia a menudo se pinta como un esfuerzo sagrado que encarna la objetividad y la verdad. Pero como cualquier disciplina tocada por la gente, es propensa a errores, diseños deficientes, sesgos no intencionales o, en cantidades muy pequeñas, manipulación consciente para sesgar los resultados. Debido a esto, al publicar los resultados, los científicos describen cuidadosamente su metodología para que otros puedan replicar los hallazgos. Si una conclusión, digamos una vacuna que protege contra Covid-19, ocurre en casi todos los laboratorios, independientemente del científico, el material o los sujetos, entonces tenemos pruebas más sólidas de que la vacuna realmente funciona. De lo contrario, significa que el estudio inicial puede estar equivocado, y los científicos pueden delinear por qué y seguir adelante. La replicación es fundamental para una evolución científica saludable.