Los científicos usan el esófago digital para combatir a Barrett

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Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía ha desarrollado una herramienta digital para monitorear mejor una condición conocida como esófago de Barrett, que afecta a más de 3 millones de personas en los Estados Unidos. La enfermedad de Barrett ocurre cuando el revestimiento mucoso de la parte inferior del esófago se deteriora, alterando su estructura celular, y es más común en personas con reflujo ácido crónico.

La enfermedad de Barrett se considera una afección premaligna porque es un precursor común del cáncer de esófago, por lo que el seguimiento de los pacientes es clave. Sin embargo, el paradigma actual para monitorear el progreso de la enfermedad, conocido como Protocolo de Seattle, es invasivo, costoso y potencialmente ineficaz.

De acuerdo con el protocolo, a los pacientes de Barrett se les debe pinchar el esófago con fórceps cada pocos meses, una experiencia desagradable que captura solo un pequeño porcentaje del tejido afectado, lo que significa que a pesar del procedimiento invasivo, los tejidos problemáticos pueden pasar desapercibidos.

Un equipo de investigación se propuso probar la efectividad del protocolo de Seattle mediante la construcción de un modelo computacional para representar el esófago humano, utilizando datos del mundo real sobre una gran población de tejidos.

El equipo, que también incluyó a investigadores del Centro Médico Irving de la Universidad de Columbia, la Escuela de Medicina Mount Sinai Icahn y el Instituto de Evaluación Tecnológica del Hospital General de Massachusetts, publicó los hallazgos en la revista. Simulación.

«El objetivo final era encontrar un equilibrio entre golpear físicamente a un paciente y la frecuencia con la que se encuentra algo que podría ser motivo de preocupación», dijo Jim Nutaro, líder de ingeniería de sistemas computacionales en ORNL e investigador del proyecto. «Reproduce datos históricos y los tumores que surgen en las simulaciones son análogos al mundo real. Estos son pacientes virtuales y podemos atacarlos tanto como queramos».

El objetivo final del equipo es minimizar la invasividad del monitoreo de la condición y, por extensión, reducir las muertes por cáncer de esófago al proporcionar un banco de pruebas para posibles regímenes de monitoreo futuros.

Para examinar a sus pacientes digitales, los investigadores primero tuvieron que construir un esófago digital utilizando un modelo computacional. El equipo obtuvo datos de entrada para la edad de aparición y muerte de Barrett a partir de una cohorte de la década de 1960 y validó el modelo resultante con datos del mundo real, como tasas de detección y estadísticas de población.

«Es la construcción y el desarrollo del modelo clásico», dijo Nutaro.

Luego, el modelo se integró con simulaciones de millones de varios tipos de estructuras construidas con datos del mundo real, un proceso computacionalmente costoso que solo era posible mediante la paralelización entre servidores multinúcleo.

«La rutina de optimización está diseñada para ejecutarse en plataformas de procesamiento en paralelo y se beneficia de la paralelización multinúcleo para facilitar la calibración del modelo en un marco de tiempo factible», escribieron los investigadores.

Es una tarea dentro de la timonera de ORNL, ya que el laboratorio alberga actualmente la computadora más rápida del país, la Summit, y cientos de investigadores como Nutaro y su colega, científico y miembro del equipo de ORNL. Ozgur Ozmen, que trabajan a diario para usar estos recursos para abordar los desafíos científicos más complejos de nuestro tiempo.

El modelo del equipo es de dominio público, disponible para quienes puedan aplicarlo al tratamiento físico de los pacientes de Barrett.

A corto plazo, los investigadores buscan aplicarlo para estudiar las variaciones en la detección de Barrett en diferentes escalas de tiempo y áreas de tejido. En última instancia, les gustaría encontrar socios en la comunidad médica que pudieran utilizar sus hallazgos para desarrollar un nuevo protocolo y, por extensión, mejorar la vida y la esperanza de vida de los pacientes con esófago de Barrett.

«Podemos compartir el modelo y trabajar con ellos para perfeccionar aún más las prácticas actuales», dijo Ozmen. «En otras palabras, podemos ayudar a optimizar los protocolos futuros».

El trabajo comenzó como parte de una colaboración entre el DOE y el Instituto Nacional del Cáncer conocido como Diseño Conjunto de Soluciones Computacionales Avanzadas para el Cáncer, o JDACS4C, en 2017. Después de establecer la relación bajo el paraguas de JDACS4C, la colaboración continuó de forma independiente por parte del DOE / Esfuerzo del NCI.

UT-Battelle administra ORNL para la Oficina de Ciencias del DOE, el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos. La Oficina de Ciencias del DOE está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite energy.gov/science.

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