Desde el desarrollo de algoritmos avanzados de aprendizaje automático hasta la construcción de dispositivos que mejorarán el acceso a tratamientos efectivos para pacientes de todo el mundo, los investigadores que trabajan en física médica, biotecnología y muchos campos relacionados continúan aplicando técnicas científicas para mejorar la atención médica en todo el mundo. Mundo de la física ha informado sobre muchas de estas innovaciones en 2022, estos son solo algunos de los aspectos más destacados de la investigación que nos llamaron la atención.
IA en todas las áreas
La inteligencia artificial (IA) juega un papel cada vez más importante en el campo de la física médica, desde manejar la gran cantidad de datos generados durante el diagnóstico por imágenes hasta comprender la evolución del cáncer en el cuerpo y ayudar a diseñar y optimizar los tratamientos. Teniendo esto en cuenta, Mundo de la física organizó una Semana de IA en Física Médica en junio, analizando el uso del aprendizaje profundo para aplicaciones que incluyen radioterapia adaptativa en línea, Imágenes PET, cálculo de la dosis de protones, análisis de tomografías computarizadas de la cabeza y identificación de la infección por COVID-19 en gammagrafías pulmonares.
A principios de año, una sesión dedicada en la reunión de marzo de APS examinó algunos de los últimos aplicaciones médicas de IA y aprendizaje automático, incluido el aprendizaje profundo para el diagnóstico y seguimiento de trastornos cerebrales y enfermedades neurodegenerativas, y el empleo de IA para el registro y la segmentación de imágenes. Otro estudio intrigante fue el uso de EPFL de una red neuronal para crear un microscopio inteligente que detecta precursores sutiles de eventos biológicos raros y controla sus parámetros de adquisición en respuesta.
La promesa del protón FLASH
En un desarrollo que también se convirtió en nuestro Los 10 mejores avances del año para 2022, la reunión anual de ASTRO de este año vio a Emily Daugherty del Centro de Cáncer de la Universidad de Cincinnati informar los hallazgos de la primer ensayo clínico de radioterapia FLASH. Los tratamientos FLASH, en los que la radiación terapéutica se administra a tasas de dosis ultraaltas, son prometedores para reducir la toxicidad del tejido normal mientras se mantiene la actividad antitumoral. En este estudio, los investigadores utilizaron la terapia de protones FLASH para tratar a 10 pacientes con metástasis óseas dolorosas. Demostraron la viabilidad del flujo de trabajo clínico y demostraron que el tratamiento era tan efectivo como la radioterapia convencional para el alivio del dolor, sin causar efectos secundarios inesperados.
El estudio también representa el primer uso en humanos de protones FLASH. La mayoría de los estudios FLASH preclínicos anteriores emplearon electrones; pero los rayos de electrones solo viajan unos pocos centímetros en el tejido mientras que los protones penetran mucho más profundo. Con la esperanza de aprovechar esta ventaja, muchos otros grupos también están investigando FLASH de protones, incluidos científicos de la Universidad de Pensilvania que utilizaron modelos computacionales para averiguar cuál es el más técnica de entrega efectiva para haces de protones FLASH, e investigadores del Centro Médico de la Universidad Erasmus, el Instituto Superior Técnico y HollandPTC, quienes desarrollaron un algoritmo que optimiza los patrones de entrega del haz de lápiz de protones para maximizar la cobertura FLASH.
Devolviendo la vista
Restaurar la visión a quienes han perdido la capacidad de ver es una tarea de investigación sustancial. Este año informamos sobre dos estudios que tienen como objetivo acercar un paso más este objetivo. Investigadores de la Universidad del Sur de California están explorando el uso de Estimulación ultrasónica para tratar la ceguera. causada por la degeneración de la retina. Si bien las prótesis visuales que restauran la vista a través de la estimulación eléctrica de las neuronas de la retina ya se han utilizado con éxito en pacientes, estos son dispositivos invasivos que requieren cirugías de implantación complejas. En cambio, el equipo demostró que estimular los ojos de una rata ciega con ultrasonido no invasivo puede activar pequeños grupos de neuronas en el ojo del animal.
Por otra parte, un equipo de Suecia, Irán e India desarrolló una nueva forma de producir córneas artificiales, utilizando colágeno de grado médico procedente de piel de cerdo (un subproducto purificado de la industria alimentaria) que los investigadores trataron química y fotoquímicamente para mejorar su resistencia y estabilidad. En un estudio piloto de 20 pacientes, demostraron que sus implantes eran fuertes y resistentes a la degradación y podían restaurar completamente la vista de los pacientes a través de una cirugía mínimamente invasiva. Basándose en este éxito, Mehrdad Rafat y su equipo esperan que el nuevo enfoque pueda abordar la escasez de córneas de donantes para trasplante y aumentar las opciones de tratamiento para las muchas personas en todo el mundo que necesitan urgentemente nuevas córneas.
Innovaciones en la interfaz cerebro-computadora
Las interfaces cerebro-computadora (BCI) proporcionan un puente entre el cerebro humano y el software o hardware externo. Este año, los investigadores utilizaron con éxito un BCI implantado para permitir que una persona con parálisis completa se comunique. El equipo, del Centro Wyss de Bioingeniería y Neuroingeniería, ALS Voice y la Universidad de Tübingen, implantó dos pequeños conjuntos de microelectrodos en la superficie de la corteza motora del participante. Los electrodos registran señales neuronales, que se decodifican y utilizan en un deletreador de retroalimentación auditiva que solicita al usuario que seleccione letras. El paciente, que padecía esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y estaba en un estado completamente bloqueado sin movimiento voluntario restante, aprendió a alterar su propia actividad cerebral de acuerdo con la retroalimentación de audio recibida, lo que le permitió formar palabras y oraciones y comunicarse. a una velocidad promedio de alrededor de un carácter por minuto.
Como alternativa al uso de electrodos implantados para detectar la actividad cerebral, las señales neuronales también se pueden recopilar de forma no invasiva mediante electrodos de electroencefalografía (EEG) adheridos al cuero cabelludo. Un equipo de la Universidad de Tecnología de Sydney desarrolló un novedoso biosensor basado en grafeno que detecta señales EEG con alta sensibilidad y confiabilidad, incluso en ambientes altamente salinos. El sensor, que está hecho de grafeno epitaxial cultivado en un sustrato de carburo de silicio sobre silicio, combina la alta biocompatibilidad y conductividad del grafeno con la solidez física y la inercia química de la tecnología de silicio.
