Salud, "Avatar Metabólico Cuántico": llega el gemelo digital del metabolismo

Por primera vez, se ha creado un avatar metabólico humano mediante algoritmos cuánticos para estudiar todas las posibles reacciones bioquímicas y metabólicas de nuestro cuerpo. Esto permite desarrollar avatares personalizados para pacientes con diversas enfermedades, desde diabetes hasta obesidad, con los que se pueden probar terapias para elegir la más adecuada. En esencia, se trata de un "gemelo digital" que aprende, se adapta y simula el funcionamiento de nuestro cuerpo cuando comemos, nos movemos o cambiamos nuestro estilo de vida. Denominado "Avatar Metabólico Cuántico", fue desarrollado por el equipo del profesor Giuseppe Maulucci , profesor asociado de Física para las Ciencias de la Vida, el Medio Ambiente y el Patrimonio Cultural, y director del Laboratorio de Inteligencia Metabólica del Departamento de Neurociencias de la Universidad Católica de Roma. Este es el resultado de un estudio publicado en Expert Systems with Applications, en colaboración con colegas del departamento de Física para las Ciencias de la Vida de la UOC de la Fondazione Policlinico Universitario A. Gemelli IRCCS, dirigido por el profesor Marco De Spirito , catedrático de Física para las Ciencias de la Vida, el Medio Ambiente y el Patrimonio Cultural de la Universidad Católica, quien explica: «La computación cuántica actualmente tiene muy pocas aplicaciones prácticas en el mundo real, y aún menos en el campo de la medicina. Este proyecto representa uno de los primeros ejemplos concretos del uso de la computación cuántica en datos fisiológicos reales, con posibles implicaciones directas para la salud de las personas. Es un hito que marca no solo un avance científico, sino también un paso hacia la medicina personalizada, predictiva e inteligente». El grupo está formado por jóvenes investigadores de la Universidad Católica y de la Fundación Policlínico Universitario A. Gemelli IRCCS Cassandra Serantoni, Michele Maria De Giulio, Alessia Riente y socios industriales comprometidos en el desarrollo de tecnologías para la salud digital ( Stefano Capezzone, Rosita Esposito, Fastal SrL y Chirale SrL).

El Avatar Metabólico Cuántico es un modelo inteligente, impulsado por datos reales de personas reales, pero lo que lo hace especial es que no se basa en la inteligencia artificial clásica, explica Maulucci. Lo hemos diseñado para funcionar según los principios de la mecánica cuántica, utilizando computadoras cuánticas, ahora disponibles a través de conexiones en la nube. Imagine tener un "supercerebro" que no piensa linealmente, sino que puede explorar múltiples escenarios simultáneamente, como si estuviera observando todos los posibles caminos que podría tomar el metabolismo de un solo vistazo", añade. "En nuestro avatar metabólico, introducimos información diaria: la dieta de una persona, cuánto se mueve, cómo cambia su peso. Y el sistema intenta predecir hacia dónde se dirige su cuerpo con una semana de antelación. Es como un navegador metabólico: en lugar de indicarte la ruta en coche, te dice hacia dónde irá tu metabolismo si continúas por esa ruta. Y lo mejor es que este sistema puede aprender incluso de pequeñas cantidades de datos, incluso si estos son "sucios", incompletos e irregulares, como en la vida real. Mientras que los algoritmos clásicos necesitan datos abundantes y organizados para ofrecer buenos resultados (como un tren sobre vías perfectas), los algoritmos cuánticos se comportan más como un vehículo todoterreno, capaz de avanzar incluso en terrenos difíciles y ver rutas alternativas.

Si un algoritmo clásico es como un tren que circula por una sola vía, explorando solo una posible solución a la vez, un algoritmo cuántico es como un tren mágico capaz de viajar simultáneamente por todas las vías, explorando todas las posibles soluciones a un problema en paralelo. Esto es posible gracias a dos propiedades extraordinarias de la física cuántica: la superposición y el entrelazamiento, explica el profesor. Un cúbit, la unidad básica de información en un ordenador cuántico (el equivalente cuántico de un bit), no está simplemente encendido o apagado, 0 o 1, como en los ordenadores tradicionales. Un cúbit puede estar en una combinación de ambos estados al mismo tiempo: esto es la superposición. Es como si en un cuestionario se pudieran elegir todas las respuestas simultáneamente, esperando a que la realidad o la medición revelen la correcta. Y entonces, cuando varios cúbits están profundamente interconectados, incluso si se separan físicamente, su comportamiento permanece vinculado. Es como si dos instrumentos musicales, incluso en habitaciones diferentes, tocaran en perfecta armonía sin necesidad de comunicarse: si uno cambia de nota, el otro lo imita al instante. Este fenómeno, llamado entrelazamiento, permite a los algoritmos cuánticos capturar relaciones complejas entre datos que los modelos clásicos ni siquiera pueden imaginar. En su trabajo, los expertos partieron de datos fisiológicos reales: por ejemplo, los alimentos que consumía una persona, su gasto energético y cómo ha cambiado su peso en los últimos siete días. Estos datos se transforman en una "forma cuántica" : se codifican en diferentes probabilidades dentro de un estado cuántico. Esta información es posteriormente "metabolizada" por ordenadores cuánticos, y el resultado es un "vector cuántico", es decir, un conjunto de probabilidades que nos indica la dirección en la que se mueve el metabolismo de esa persona. Por ejemplo, puede indicarnos cuánto pesará en una semana, si se encuentra en una fase en la que su cuerpo tiende a almacenar o quemar energía, si su masa corporal magra aumentará o si su microbiota cambiará, explican. Es una predicción inteligente, basada en una dinámica temporal que no se limita a repetir el pasado, sino que lo interpreta para generar futuros posibles, todos evaluados en paralelo. En la práctica, nos permite ver múltiples caminos a la vez y elegir el que mejor represente la realidad biológica de cada persona .

La ambición es que cada persona tenga su propio avatar metabólico , un modelo que la represente de forma dinámica y única. Este gemelo digital podría ayudarnos a responder preguntas complejas como: "¿Por qué esta persona engorda fácilmente a pesar de comer poco? ¿Por qué a otra le cuesta perder peso a pesar de hacer dieta? ¿Qué fármaco sería el más adecuado para su metabolismo? ¿Qué dieta podría protegerla de futuras enfermedades?". En este sentido, nuestro avatar se convierte en un aliado de la medicina de precisión. Ya no se trata de tratamientos estándar, sino de estrategias a medida, como un traje a medida para el cuerpo y la biología de cada individuo. También podríamos utilizar estos modelos para probar digitalmente los efectos de nuevos fármacos o suplementos in silico, incluso antes de administrarlos a un paciente. No para reemplazar los ensayos clínicos, sino para hacerlos más rápidos, más específicos y más seguros. Ya hemos probado nuestro avatar con datos reales, recopilados de personas monitorizadas diariamente con básculas inteligentes, dispositivos portátiles y aplicaciones. En casi todos los casos, el modelo cuántico superó al modelo clásico en precisión, especialmente cuando los datos eran escasos o con ruido. Esto es una señal muy clara: estos sistemas podrían funcionar realmente en entornos clínicos reales, donde los datos nunca son perfectos —explica Maulucci—. Los próximos pasos son emocionantes. «Queremos extender el avatar a otros procesos metabólicos, como el comportamiento de la glucosa, los lípidos o la microbiota intestinal. Además, queremos crear una versión generalizada que también pueda funcionar con nuevas personas, incluso si no disponemos de datos históricos detallados. El objetivo es que esté listo para su uso práctico, como herramienta de apoyo para médicos y pacientes», añade. El Avatar Metabólico Cuántico es uno de los primeros ejemplos de computación cuántica aplicada a datos fisiológicos reales relacionados con la salud diaria de personas comunes. En comparación con la inteligencia artificial clásica, que ya se encuentra en las salas de hospital, la inteligencia artificial cuántica aún necesita tiempo para generalizarse. Pero ese momento ya ha comenzado, y no es un futuro lejano: ya está en marcha.