El Virtual Physiological Human ( VPH ) es una iniciativa europea que se centra en un marco metodológico y tecnológico que, una vez establecido, permitirá la investigación colaborativa del cuerpo humano como un único sistema complejo . [1] [2] El marco colectivo permitirá compartir recursos y observaciones formadas por instituciones y organizaciones, creando modelos informáticos dispares pero integrados de las funciones mecánicas, físicas y bioquímicas de un cuerpo humano vivo.
El VPH es un marco que pretende ser descriptivo, integrador y predictivo. [3] [4] [5] [6] Clapworthy et al. afirman que el marco debe ser descriptivo al permitir que las observaciones de laboratorio y atención médica en todo el mundo "se recopilen, cataloguen, organicen, compartan y combinen de cualquier manera posible". [5] Debería ser integrador al permitir que esas observaciones sean analizadas de manera colaborativa por profesionales relacionados para crear "hipótesis sistémicas". [5] Finalmente, debería ser predictivo al fomentar las interconexiones entre modelos predictivos extensibles y escalables y "redes sistémicas que solidifiquen esas hipótesis sistémicas" al tiempo que permiten la comparación observacional. [5]
El marco está formado por grandes colecciones de datos anatómicos , fisiológicos y patológicos almacenados en formato digital, típicamente por simulaciones predictivas desarrolladas a partir de estas colecciones y por servicios destinados a apoyar a los investigadores en la creación y mantenimiento de estos modelos, así como en la creación de tecnologías de usuario final para ser utilizadas en la práctica clínica. Los modelos VPH tienen como objetivo integrar procesos fisiológicos en diferentes escalas de longitud y tiempo (modelado multiescala). [3] Estos modelos hacen posible la combinación de datos específicos del paciente con representaciones basadas en la población. El objetivo es desarrollar un enfoque sistémico que evite un enfoque reduccionista y busque no subdividir los sistemas biológicos de ninguna manera particular por escala dimensional (cuerpo, órgano, tejido, células, moléculas), por disciplina científica ( biología , fisiología , biofísica , bioquímica , biología molecular , bioingeniería ) o subsistema anatómico ( cardiovascular , musculoesquelético, gastrointestinal, etc.). [5]
Los conceptos iniciales que llevaron a la iniciativa del Humano Fisiológico Virtual surgieron del Proyecto Fisioma de la IUPS . El proyecto se inició en 1997 y representó el primer esfuerzo mundial para definir el fisioma a través del desarrollo de bases de datos y modelos que facilitaron la comprensión de la función integradora de células, órganos y organismos. [7] El proyecto se centró en recopilar y proporcionar un repositorio central de bases de datos que vinculara la información experimental y los modelos computacionales de muchos laboratorios en un marco único y autoconsistente.
Tras el lanzamiento del Proyecto Physiome, se han producido muchas otras iniciativas mundiales de acciones poco acopladas, todas ellas centradas en el desarrollo de métodos de modelado y simulación de la fisiopatología humana. En 2005, se celebró un taller de expertos del Physiome como parte de la Conferencia sobre imágenes y modelado funcional del corazón en Barcelona, en el que se presentó un libro blanco [8] titulado Towards Virtual Physiological Human: Multilevel modelling and simulation of the human anatomy and physiology . El objetivo de este documento era dar forma a una visión general clara de las actividades relevantes en curso del VPH, crear un consenso sobre cómo pueden complementarse con nuevas iniciativas para los investigadores de la UE e identificar posibles desafíos de investigación a medio y largo plazo.
En 2006, la Comisión Europea financió una acción de coordinación y apoyo denominada STEP: Estructuración del EuroPhysiome . El consorcio STEP promovió un importante proceso de consenso en el que participaron más de 300 partes interesadas, entre ellas investigadores, expertos de la industria, responsables de políticas, médicos, etc. El principal resultado de este proceso fue un folleto titulado Seeding the EuroPhysiome: A Roadmap to the Virtual Physiological Human [6] . La acción STEP y la hoja de ruta de investigación resultante fueron fundamentales para el desarrollo del concepto VHP y para el inicio de un proceso mucho más amplio que implica una importante financiación de la investigación, grandes proyectos de colaboración y una serie de iniciativas conectadas, no solo en Europa sino también en Estados Unidos, Japón y China.
La VPH constituye ahora un objetivo central del Séptimo Programa Marco [9] de la Comisión Europea y tiene como objetivo apoyar el desarrollo de modelos informáticos específicos para cada paciente y su aplicación en la atención sanitaria personalizada y predictiva. [10] La Red de Excelencia Humana Fisiológica Virtual (VPH NoE) tiene como objetivo conectar los diversos proyectos VPH dentro del Séptimo Programa Marco.
Los proyectos relacionados con el VPH han recibido una financiación sustancial de la Comisión Europea con el fin de impulsar el progreso científico en este ámbito. La Comisión Europea insiste en que los proyectos relacionados con el VPH demuestran una fuerte participación industrial e indican claramente una ruta desde la ciencia básica a la práctica clínica. [5] En el futuro, se espera que el VPH conduzca finalmente a un mejor sistema de atención sanitaria que apunte a producir los siguientes beneficios: [6]
Las soluciones de atención personalizada son un objetivo clave del VPH, con nuevos entornos de modelado para una atención sanitaria individualizada y predictiva que dé como resultado una mayor seguridad para el paciente y una mayor eficacia de los fármacos. Se prevé que el VPH también podría dar como resultado una mejora de la atención sanitaria mediante una mayor comprensión de los procesos fisiopatológicos. [3] El uso de datos biomédicos de un paciente para simular posibles tratamientos y resultados podría evitar que el paciente experimente tratamientos innecesarios o ineficaces. [11] El uso de modelos y pruebas in silico (mediante simulación por ordenador) de fármacos también podría reducir la necesidad de experimentos con animales.
Un objetivo futuro es que se adopte un enfoque más holístico de la medicina, en el que el cuerpo se considere un sistema multiorgánico único y no un conjunto de órganos individuales. Las herramientas integradoras avanzadas deberían contribuir a mejorar el sistema sanitario europeo en distintos niveles, que incluyen el diagnóstico, el tratamiento y la atención de los pacientes y, en particular, la calidad de vida. [6]
ImmunoGrid es un proyecto financiado por la UE en el marco del Sexto Programa Marco para modelar y simular el sistema inmunológico humano utilizando computación en cuadrícula en diferentes niveles fisiológicos. [12]
VPHOP (Osteoporotic Virtual Physiological Human) es un proyecto europeo de investigación sobre osteoporosis en el marco de la iniciativa Virtual Physiological Human. Con la tecnología actual, las fracturas osteoporóticas se pueden predecir con una precisión inferior al 70%. Se necesitan mejores formas de prevenir y diagnosticar las fracturas osteoporóticas.
Las predicciones actuales de fracturas se basan en la historia y el examen sobre la base de los cuales se identifican los factores clave que contribuyen a la mayor probabilidad de una fractura osteoporótica. Este enfoque simplifica en exceso los mecanismos que conducen a una fractura osteoporótica y no tiene en cuenta numerosos factores jerárquicos que son únicos para el individuo. Estos factores varían desde el nivel celular hasta las funciones a nivel corporal. La anatomía musculoesquelética y el control neuromotor definen el espectro de carga diaria, incluidos los eventos de sobrecarga parafisiológica. Los eventos de fractura ocurren a nivel de órgano y están influenciados por la elasticidad y la geometría del hueso. La elasticidad y la geometría están determinadas por la morfología del tejido . La actividad celular cambia la morfología y la composición del tejido con el tiempo. Los componentes de la matriz extracelular son los principales determinantes de la resistencia del tejido. La precisión podría mejorar drásticamente si se utilizara un enfoque más determinista que tenga en cuenta esos factores y su variación entre individuos.
El objetivo del Humano Fisiológico Virtual Osteoporótico es mejorar la precisión de estos algoritmos de predicción de fracturas osteoporóticas.