Patricia Durán Carrasco
Lo que parecía una tecnología futurista, la inteligencia artificial (IA) y los algoritmos avanzados ya son una realidad en múltiples sectores, incluido el sanitario. Integrada en la gestión hospitalaria, en el análisis de datos clínicos, en la automatización, en dispositivos médicos o en aplicaciones para consulta médica, abre la puerta a la medicina personalizada y al desarrollo de terapias innovadoras. Sin embargo, la sociedad científica continúa investigando tecnologías más precisas, como la tecnología cuántica. En este sentido, la cuántica se considera la evolución natural tecnológica de la IA que proporcionará un nivel superior de precisión en la medicina moderna.
A pesar de sus virtudes, la falta de escalabilidad, de hardware y el alto coste que supone hoy en día esta nueva tecnología pueden retrasar su integración en el mercado aproximadamente 10 o 20 años. Aun así, este escollo no está parando la investigación científica en este campo. Muestra de ello son las primeras herramientas cuánticas que ayudan a la identificación de dianas, descubrimiento de nuevos fármacos o sistemas que protegen la información clínica.
La tecnología cuántica proporcionará un nivel de precisión y seguridad más elevado que la inteligencia artificial
Actualmente, la principal aplicación de la tecnología cuántica en el sector de la salud es el descubrimiento y diseño de fármacos. En palabras de Federico Plaza, director de relaciones corporativas y asuntos públicos de Roche Farma España, “la tecnología cuántica llevará nuestra capacidad de simulación molecular a un nivel muy superior de fiabilidad, abriendo la puerta a un modelo de diseño de nuevos fármacos con una eficacia y seguridad sin precedentes”. Esta simulación garantizará que solo las moléculas más prometedoras sigan adelante, al tiempo que se “acelerará exponencialmente la fase de descubrimiento de nuevos compuestos al simular interacciones moleculares en segundos, reducirá los tiempos de I+D y permitirá explorar muchas más opciones en un entorno de laboratorio digital antes de llegar al ensayo clínico”.
Junto al desarrollo de fármacos, otros investigadores también consideran que la tecnología cuántica juega un papel clave en la salud al facilitar el acceso a un mayor número de información de salud sensible, así como un diagnóstico de bajo costo y un reducido volumen de muestras en entornos con recursos limitados, como la atención primara e incluso pruebas a domicilio. “Esto podría permitir la monitorización rutinaria de biomarcadores de baja abundancia, que puede conducir a la detección temprana de la enfermedad, a la monitorización de fármacos, así como a la cuantificación de marcadores del huésped”, explica el Dr. Benjamin Miller, coinvestigador de la empresa Q-BioMed.
Gracias a la simulación molecular de alta fidelidad, la tecnología cuántica permitirá desarrollar nuevos fármacos viables
La detección temprana de nuevos biomarcadores repercutirá directamente en la creación de fármacos que actúen en el foco de la enfermedad, facilitando así la adopción de terapias que deben iniciarse precozmente o de aquellas que prevengan la progresión de la enfermedad. Para esta identificación de los biomarcadores, diversas entidades, como Q-BioMed (Reino Unido) o la Universidad de Murcia (España), están trabajando en el desarrollo de sensores cuánticos, unos dispositivos que “permitirán detectar biomarcadores a niveles de concentración tan bajos que hoy son invisibles para la tecnología convencional, facilitando un diagnóstico mucho más temprano en áreas como la oncología o las neurociencias”, matiza Plaza.
Esta detección tan precisa se debe al uso de nanodiamantes fluorescentes, “partículas de unas pocas decenas de nanómetros de tamaños, que incorporan un sensor cuántico que podemos manipular y medir su estado cuántico a través de pulsos de láseres y señales de microondas”, explica Javier Prior, físico del grupo Quantum Technologies de la Universidad de Murcia (UMU), que ha conseguido introducir estos dispositivos en las células. “El diamante es la carcasa que protege a nuestro sensor, que es un electrón de un átomo de nitrógeno que hemos implantado en la estructura cristalina del diamante”, añade.
La biocompatibilidad de los diamantes
Según Prior, estos nanodiamantes tienen la ventaja de ser biocompatibles, permitiéndonos medir con precisión lo que sucede dentro de las células con una precisión subcelular. “Vienen a ser como un supermicroscopio que posibilita observar el interior de la célula con una resolución muy pequeña, nanométrica, es decir, la millonésima parte de un milímetro”.
Gracias a la biocompatibilidad, además de permitir medir con precisión lo que sucede dentro de las células, se trata de una tecnología no tóxica para ellas. Esto significa que no se induce ningún proceso que cambie las condiciones de la célula y que los propios sensores fueran los desencadenantes de, por ejemplo, procesos de inflamación celular. “Nuestros estudios han mostrado que esto no sucede y que no son inductores de ningún proceso que perturbe nuestras muestras”, matiza Prior.
Para la detección y el marcado de biomarcadores, los sensores cuánticos integran centros de vacante de nitrógeno (NV), que “presentan fluorescencia dependiente del espín: al iluminarlos o aplicarles microondas, su fluorescencia cambia en función del estado de espín”, explica el Dr. Miller. En este sentido, Prior añade que “medimos la fluorescencia que emiten al ser excitados por un pulso de láser, para saber en qué estado se encuentra nuestro electrón. Este proceso lo repetimos millones de veces por segundo para tener acceso a los mecanismos que perturban a nuestro sensor”. De esta forma, se puede modular la señal del nanodiamante y utilizar la detección de dominio de frecuencia para rechazar el ruido de fondo, lo que permite detectar los biomarcadores marcados en niveles bajos asociados a las primeras fases de la enfermedad. Al modificar la bioquímica superficial de los nanodiamantes, se puede dirigir la detección hacia un biomarcador específico.
El sensor, un electrón de un átomo de nitrógeno, está integrado en la estructura cristalina de un nanodiamante
A través del sensor cuántico, se puede llevar a cabo resonancias magnéticas nucleares a escala nanométrica y monitorizar el entorno cercano del nanodiamante midiendo con precisión subcelular lo que ocurre a su alrededor. “Hemos logrado medir la presencia de inflammasomas, cambios en la temperatura dentro de la célula o la presencia de radicales libres”, detalla Prior. Esta tecnología proporciona una mayor precisión de lo que sucede dentro de la célula, así como los agentes dañinos que se están produciendo, pudiendo “atacar a los mismos de forma precisa y en estadios más iniciales de la enfermedad”, apunta Prior.
Asimismo, la computación cuántica abre la posibilidad de analizar trillones de combinaciones genómicas y clínicas simultáneamente. “Esto es vital para identificar subtipos de enfermedades que hoy consideramos como una sola, permitiéndonos fragmentar grandes patologías en dolencias mucho más específicas para las que podamos desarrollar tratamientos aún más personalizados”, comenta Plaza.
Comunicaciones cuánticas entre hospitales
La tecnología cuántica va más allá del diagnóstico y la creación de fármacos, también permite aumentar la seguridad de las redes hospitalarias para garantizar la protección de los datos clínicos de los pacientes. En España, el grupo hospitalario de sanidad privada Vithas, y las compañías Telefónica, LuxQuanta y con QoolNet, spin-off de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), trabajaron en conjunto para desarrollar un sistema de distribución cuántica de claves (QKD, por sus siglas en inglés), utilizando enlaces de fibra óptica cuántica que comunican el Hospital Universitario Vithas Madrid Arturo Soria y el Hospital Universitario Vithas Madrid La Milagrosa.
Los nanodiamantes son biocompatibles con las células, evitando así que se produzcan alteraciones, como la inflamación celular
Cada uno de los hospitales dispone de equipos QKD, capaces de generar señales cuánticas de variable continua a través de la fibra óptica. Co ayuda de unos firewalls, la información clínica se cifra de extremo a extremo con claves cuánticas cifradas, generando así un canal seguro e inviolable. Este canal de comunicación entre los hospitales ha permitido enviar información clínica confidencial, realizar teleconsultas y monitorización remota de pacientes, con la máxima seguridad y confidencialidad.
Tecnología cuántica en la práctica clínica
El siguiente paso de la tecnología cuántica aplicada al sector de la salud es integrar estos desarrollos innovadores a la práctica clínica, con el fin de disponer de una medicina de precisión y personalizada. Sin embargo, existen diversos retos en la actualidad. En palabras del físico, Javier Prior, “todavía nos encontramos en una fase de desarrollo tecnológico y búsqueda de aplicaciones. Aunque no creo que suponga ningún desafío para su integración en los sistemas sanitarios”.
Actualmente, los sensores cuánticos se están aplicando en la práctica clínica, “por ejemplo, para la detección de biomarcadores en células cancerígenas como los biomarcadores oncológicos SKBR3 o HER2, o en células sanguíneas infectadas por el parásito Plasmodium falciparum, causante de la malaria. Para ello, se emplea un marcaje con nanopartículas magnéticas, que se unen de manera específica a los biomarcadores, permitiéndonos su detección con nuestros sensores cuánticos implantados en nanodiamantes”, señala Prior.
Por su parte, el Dr. Miller considera que la implementación de la tecnología cuántica en la práctica clínica, “requiere de una ingeniería cuidadosa y actualmente tenemos un proyecto para desarrollar un prototipo escalable”. Otro reto se ubica en las plataformas de diagnóstico, que, según el investigador, se tiene que diseñar los ensayos de tal manera que puedan aprovechar al máximo la sensibilidad potencial (baja unión no específica y alta unión específica al biomarcador objetivo), y trasladarlos a una mayor variedad de muestras complejas sin perder la cinética bioquímica. “Se trata de un problema de bioquímica, no específico de la tecnología cuántica, salvo que la sensibilidad de la lectura haga que resulte difícil reducir la unión no específica por debajo del umbral de ruido”.
Algunos de los obstáculos que se encuentra la tecnología cuántica son el desarrollo tecnológico, el diseño de los ensayos y el papel de las administraciones públicas
“En este contexto debemos pasar de una visión de la innovación como un gasto dentro de una estructura de silos presupuestarios a entenderla como una inversión estratégica de futuro con importantes retornos para el conjunto de la sociedad, lo que llamamos el valor social de la innovación”, señala Federico Plaza. Además, pone el foco en las administraciones públicas. Según Plaza considera clave seguir fomentando la colaboración público-privada, ya que la innovación requiere alianzas estratégicas para transformar el sistema.
En paralelo, destaca que es el momento de empezar a adoptar un marco de evaluación que incorpore el valor social de la innovación. “No podemos evaluar el impacto de la tecnología cuántica o los nuevos fármacos solo por su coste inmediato. Debemos medir su retorno en términos de productividad, autonomía del paciente y sostenibilidad del sistema a largo plazo”. Y concluye con la idea de que “necesitamos que el Sistema Nacional de Salud se articule en torno a un ecosistema de datos robusto, dotado de herramientas avanzadas para el análisis cualitativo de esta información”.
