IA, genoma, corazón: dos científicos de Santa Fe participaron de un estudio de relevancia mundial

Una investigación llevada adelante por un grupo de tres científicos argentinos, dos de ellos de la ciudad de Santa Fe -además de otros colegas extranjeros- llamó la atención por su originalidad, desarrollo y perspectivas a futuro de la comunidad científica internacional. Se trata de un estudio donde los expertos utilizaron métodos de Inteligencia Artificial (IA) que permitieron detectar nuevas asociaciones entre la información genética de una persona y las características morfológicas del corazón.

El desarrollo científico se convirtió en la portada de la edición de marzo de la revista Nature Machine Intelligence, líder a nivel mundial en temas de Inteligencia Artificial. Esto representa un prestigio para los investigadores. Es que, como se dijo, dos de los integrantes del estudio son santafesinos.

Uno de ellos es Rodrigo Bonazzola, primer autor del artículo, santafesino de nacimiento, quien estudió en la Escuela Industrial Superior (EIS) y la FIQ. Luego continuó su formación en el Instituto Balseiro (en Bariloche) y se encuentra finalizando su tesis doctoral en el Centro de Imagen Computacional y Tecnologías de Simulación en Biomedicina (CISTIB) y el Instituto de Medicina Metabólica y Cardiovascular de la Universidad de Leeds (Reino Unido).

El otro es el Dr. Enzo Ferrante, investigador del Conicet Santa Fe en el Instituto de Investigación en Señales, Sistemas e Inteligencia Computacional, Sinc(i), de doble dependencia Conicet/UNL. Ferrante nació en Olavarría, provincia de Buenos Aires, pero vive en esta capital (es “santafesino por adopción”) y trabaja en ese instituto.

El equipo interdisciplinario se completa con el argentino Alejandro Frangi, ingeniero de telecomunicaciones, Doctor en Medicina y director del Instituto Christabel Pankhurst de Investigación e Innovación en Tecnología Sanitaria, y de la Cátedra Bicentenaria Turing en Medicina Computacional, ambas de la Universidad de Manchester (Reino Unido); y Tanveer Syeda-Mahmood, jefa científica de IBM Research Almaden, en California, entre otros autores.

El paso a paso

“Cuando se quiere entender la relación entre variaciones en el genoma (conjunto completo de ADN) y algo que pasa en el cuerpo humano, se indaga en cómo determinadas variaciones genéticas (o genotipo) correlacionan con cambios en algún aspecto de ese ser humano, lo que se conoce como fenotipo. Para esto se usan métodos denominados Estudios de Asociación de Genomas Completos (o GWAS por las siglas en inglés). Por ejemplo, al mutar un determinado gen, ¿una persona es más alta o más baja en su estatura? Bueno, nosotros nos enfocamos en descubrir asociaciones genotipo-fenotipo, pero respecto a la forma del corazón”, explicó el Dr. Ferrante en diálogo con El Litoral.

Lo que hicieron los científicos para empezar el estudio fue reunir unas 50 mil imágenes médicas del corazón humano (resonancias magnéticas tridimensionales) del Biobanco del Reino Unido, y que fueron procesadas con métodos que ellos desarrollaron para el procesamiento de esa masa crítica de imágenes médicas. Lo que se hizo fue segmentar, “marcar” la estructura del corazón humano en cada una de ellas, para luego poder extraer patrones a partir de dichas imágenes.

Nuevas asociaciones

“En general, los trabajos que se conocían y que estudian la relación entre cambios en el genoma y el corazón se fijaban en, por ejemplo, cómo al mutar determinados genes variaba el volumen del corazón: ese corazón era más grande o más chico. A eso podemos llamarlo fenotipos simples”, adujo Ferrante.

"Lo que propusimos en nuestro trabajo fue un nuevo método basado en Inteligencia Artificial para descubrir nuevas asociaciones con fenotipos que no son tan manuales o simples como el volumen del corazón, sino que son fenotipos más complejos, ‘aprendidos’ a partir de los datos del Biobanco del Reino Unido”, dijo el doctor.

Con todo, “propusimos un método que permite descubrir nuevas asociaciones genotipo-fenotipo. ¿Cómo? Por medio del uso de herramientas de inteligencia artificial (IA) para el aprendizaje de esos fenotipos que modelan cambios globales en el corazón”, agregó el experto. “Nuestra contribución más grande fue el diseño de los métodos de IA para aprender esas variaciones en el corazón humano”.

El método: cómo hicieron

“Tomamos resonancias magnéticas cardíacas, que no son otra cosa que imágenes. Después les extrajimos toda la información posible a esas resonancias, para poder así indicar: ‘Estas son las paredes del miocardio’, o ‘ese el ventrículo izquierdo'. Se trató de ‘dibujar’ o ‘segmentar’ sobre la imagen para poder extraer sus características, por medio de métodos de IA”, puntualizó.

“Y después aplicamos algo que se denomina aprendizaje de representaciones, que nos ayuda a entender cuáles son los cambios más comunes que hay en un corazón. Por ejemplo: cambios en las paredes del miocardio, cuán amplio es el ventrículo, modificaciones en determinadas formas y a eso logramos capturarlo con nuestro método, el cual ‘entiende y aprende’ cuáles son esos cambios más comunes”, agregó.

"Ello nos permitió vincular esos cambios más comunes con esos estudios de variación del genoma (que se denominan GWAS, por sus siglas en inglés). Lo que hacemos es aprender esas representaciones del corazón, que ya conectan varios cambios que suelen suceder al mismo tiempo en el corazón humano”, amplió Ferrante.

Genes y mutaciones

“Nuestro estudio revela la presencia de genes que albergan mutaciones que se sabe que son perjudiciales para otros organismos. Sin embargo, el impacto de variaciones comunes de estos genes en la estructura cardíaca en toda la población humana no se había documentado antes en humanos”, declaró Bonazzola a la Agencia CyTA-Leloir.

“Por nombrar sólo un ejemplo -prosiguió-, el gen STRN, reconocido por sus mutaciones dañinas que provocan miocardiopatía dilatada en perros, exhibe una variante común en humanos que parece inducir un cambio sutil pero detectable en la orientación de la válvula mitral, una de las cuatro que hacen que el corazón mantenga el flujo sanguíneo en la dirección correcta. Esta asociación genotipo-fenotipo no había sido detectada anteriormente con los métodos de fenotipado cardíaco tradicionales”, subrayó el científico.

Posibilidades

Lo interesante fue que el método desarrollado por este equipo interdisciplinario “permitió descubrir asociaciones que ya eran conocidas, lo cual confirmó que el método funciona, pero también encontró algunas asociaciones que no estaban reportadas en la literatura científica, y que pueden llegar a impactar en la forma del corazón”, agregó Ferrante.

¿Qué implica esto? “Que se abre una puerta para que a futuro, tomen la posta genetistas o investigadores especializados en cardiología y que, de alguna manera, empiecen a explorar qué impacto pueden llegar a tener esos genes”, resalta Ferrante. Este estudio, con todo, marca una dirección a gente que trabaja en genética del corazón para que pueda ir a mirar “regiones” que por ahí antes no las consideraban.

“Además de abrir la puerta al desarrollo de terapias e intervenciones de precisión para personas con riesgo de enfermedad cardíaca, el enfoque del trabajo podría extenderse también para conocer más en profundidad otros órganos, incluidos el cerebro”, concluyen los investigadores santafesinos.

Orgullo en medio de la crisis

-¿Qué representa para ustedes que el trabajo haya sido la portada de una revista tan prestigiosa, más aún en un contexto actual donde la ciencia nacional está siendo tan castigada?, consultó El Litoral al Dr. Ferrante.

-Nos sorprendió mucho, para bien. Estamos muy, muy contentos. Este trabajo representa la culminación de la tesis de Rodrigo (Bonazzola). O sea, acaba de terminar la tesis y esto fue como el broche de oro.

Esto a su vez demuestra el valor de la investigación que puede ser llevada adelante por argentinos que están afuera, pero también por argentinos que nos quedamos en la Argentina. Y se da justo en un momento en que a la ciencia nacional se le está pegando duro en términos de recortes, despidos de personal y con una reducción enorme en la cantidad de becas doctorales y postdoctorales.

Hay sentimientos encontrados. Porque si bien siento mucha alegría por la distinción, es muy probable que no podamos seguir avanzando con otras líneas de investigación. No sabemos si estudios de este tipo van a poder tener continuidad, porque básicamente el sistema científico argentino se está desfinanciando. Así que ese sinsabor es lo que estoy sintiendo en ese momento.

La verdad es que Nature Machine Intelligence es una revista súper importante y que genera un factor de impacto enorme, que tiene muchísima llegada a la comunidad científica. Esperamos que el trabajo pueda abrir puertas, porque haber estado en la portada nos ayuda a darle mayor visibilidad al paper.