Anticipar acumulación de colesterol y si necesitará un stent

La mecánica computacional es la disciplina concerniente al uso de los métodos computacionales para estudiar fenómenos gobernados por los principios de la mecánica.

Los modelos computacionales se utilizan para simular y estudiar sistemas biológicos complejos.

La idea de que un modelo computacional es un modelo real de la mente humana nació con las ideas del matemático británico Alan Turing.

La teoría computacional de la mente integra la psicología cognitiva, que se encarga del estudio del funcionamiento de la cognición humana; esto es, de cómo las personas elaboran, transforman, codifican, almacenan, recuperan y usan la información que reciben de su entorno.

Según esta teoría, la mente toma la información del entorno (input), la procesa, la transforma y genera una respuesta (output), mediante un proceso algorítmico. En este sentido, se compara el pensamiento con un cálculo o, más precisamente, con la aplicación de un determinado sistema de reglas.

“La modelización mediante ecuaciones de la mecánica de todo lo que se mueve a nuestro alrededor, desde cómo fluye la sangre en las arterias hasta el funcionamiento de un satélite, permite no sólo explicar sus comportamientos, sino predecir cómo lo van a modificar en el futuro”, explicó el experto español en la conferencia con formato de entrevista, que llevó adelante el director de la carrera de Bioingeniería de IUDPT, doctor Ricardo Armentano.

Ante alumnos, docentes, médicos, emprendedores y miembros de la comunidad presentes en la ocasión, el doctor Gabaldón subrayó: “Mediante esta disciplina, somos capaces de predecir el futuro. Podemos saber cómo va a evolucionar una estructura”. En esta ocasión, abordó cómo el modelado computacional puede mejorar la atención médica y la investigación biomédica.

Arco aórtico

Gabaldón eligió trazar un panorama sobre las últimas investigaciones en materia de tratamiento de cardiopatías; y explicó el desarrollo de modelos de las mecánicas de los vasos, el flujo sanguíneo y las válvulas cardíacas, a fin de utilizarlos para la optimización del diseño de dispositivos implantados, tal como las válvulas cardíacas artificiales y los stents para las arterias coronarias. También se refirió al desarrollo de herramientas que les permitan a los médicos tomar decisiones basándose en un análisis detallado de las características de cada paciente, como guía para el tratamiento de enfermedades cardiovasculares.

Una arteria se puede modelizar al igual que una tubería por la que corre un líquido, sólo que deformable. Incluso a pesar de que las propiedades de la pared arterial son especiales, las ecuaciones son las mismas. Con ese propósito, por ejemplo, se hacen ensayos numéricos sobre la arteria carótida, para conocer sus propiedades mecánicas, que se visualizan en una curva de tensión/deformación, de la misma manera que se hace con una tubería de hormigón en ingeniería civil. Una arteria se puede modelizar al igual que una tubería por la que corre un líquido, sólo que deformable. Incluso a pesar de que las propiedades de la pared arterial son especiales, las ecuaciones son las mismas. Con ese propósito, por ejemplo, se hacen ensayos numéricos sobre la arteria carótida, para conocer sus propiedades mecánicas, que se visualizan en una curva de tensión/deformación, de la misma manera que se hace con una tubería de hormigón en ingeniería civil.

En los ejemplos que exhibió en la conferencia, por caso, mostró animaciones con remolinos de partículas de sangre producidos en la circulación por las arterias. “Mediante este tipo de modelizaciones, se puede predecir una acumulación de colesterol en una arteria y si va a ser necesario un stent”, aseguró, con el fin de abrir en el futuro esa arteria, una vez obstruida. “La simulación también permite predecir la rotura de una pared arterial debida al depósito de placas”, sostuvo.

Otro ítem sobre el que argumentó fue el de los ensayos de flexión y tensión que permiten caracterizar la respuesta mecánica de un arco aórtico.

La idea es que, en el futuro, estas simulaciones se puedan hacer en tiempo real, en el mismo momento en que el médico introduce una endoprótesis. Hoy, todavía eso no es posible, porque el cálculo de las ecuaciones demanda bastante tiempo. Pero la computación cuántica podría ofrecer la posibilidad de que estos procesos resulten mucho más veloces. La idea es que, en el futuro, estas simulaciones se puedan hacer en tiempo real, en el mismo momento en que el médico introduce una endoprótesis. Hoy, todavía eso no es posible, porque el cálculo de las ecuaciones demanda bastante tiempo. Pero la computación cuántica podría ofrecer la posibilidad de que estos procesos resulten mucho más veloces.

Para el futuro cercano, finalmente, también analizó el avance de la disciplina conocida como mecanobiología. Es decir, la ciencia multidisciplinar que se ocupa del estudio de los mecanismos mediante los cuales las células son capaces de detectar y responder a estímulos mecánicos. “Sus modelos pueden representar tanto el crecimiento de tumores como el de la propia placa en las paredes de las arterias”, completó.

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