El funcionamiento del cerebro humano ha servido de inspiración para crear redes neuronales capaces de traducir idiomas, clasificar imágenes y facilitar la conducción autónoma, entre otras muchas aplicaciones. Estos modelos computacionales abren también un abanico de posibilidades en el sector de la medicina, pues podrían mejorar nuestra comprensión de la aparición y evolución de enfermedades como el cáncer. Sin embargo, los algoritmos con los que funcionan dichas redes requieren una cantidad enorme de recursos computacionales asociados a un alto consumo energético.

El cerebro es muchísimo más eficiente. Actúa con una red de neuronas que se comunican entre sí mediante la sinapsis, es decir, a través de la transmisión de impulsos eléctricos entre ellas. Para imitar estas sinapsis biológicas y acercarse a la eficiencia energética del cerebro, han surgido unos dispositivos llamados memristores. En ellos los algoritmos de una red neuronal, que tradicionalmente se implementan en un software, se integran directamente en un hardware, en un chip que emula no solo la función sino también la eficiencia del cerebro. Esta es la ventaja que intenta aprovechar el investigador Yoeri van de Burgt en su proyecto BIOMORPHIC, cuyo objetivo consiste en aplicar estas tecnologías para monitorizar la metástasis del cáncer y orientar en tratamientos oncológicos efectivos y personalizados. Gracias a esta propuesta se ha convertido en uno de los Innovadores menores de 35 Europa 2019 de MIT Technology Review en español.

Van de Burgt planea acoplar conjuntos de estas sinapsis artificiales construidas en un chip con sensores microfluídicos. Estos sensores son unas pequeñas placas con canales diminutos, de apenas la anchura de un cabello, por los que circula el fluido que se quiere analizar. Por ejemplo, una muestra de sangre de un paciente del que se sospecha que puede padecer cáncer. Gracias a la capacidad de identificación de patrones de las redes neuronales integradas en el chip sería más fácil detectar las células tumorales presentes en la sangre que circulan por los canales microfluídicos y distinguirlas de las células sanguíneas normales. "La idea es combinar información procedente de diferentes sensores en un solo sistema", explica van de Burgt, y añade que el objetivo es clasificar las células cancerígenas y así ayudar a diagnosticar el estado de la enfermedad y monitorizar y guiar el tratamiento.

Hasta ahora, detectar de manera precisa estas células tumorales circulantes (CTC) y aislarlas ha sido difícil porque su concentración en la sangre es baja y pueden adoptar formas y tamaños muy variables. Sin embargo, gracias a la habilidad de las redes neuronales para encontrar patrones y clasificar señales, el sistema de van de Burgt podría permitir una clasificación CTC mucho más eficiente que abriría nuevas posibilidades para la detección temprana de la metástasis del cáncer y su monitorización.

El joven innovador comenzó a desarrollar su proyecto en 2016 desde la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos), donde dirige un grupo de investigación en Ingeniería Neuromórfica. Recientemente, recibió una de las becas Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación para financiar el desarrollo de su sistema durante los próximos cinco años. El joven detalla: "El proyecto acaba de empezar y todavía tenemos que crear chips con los sensores, pero esperamos construir el primer biosensor en el plazo de un año".

Estos sensores, creados con materiales orgánicos baratos y biocompatibles, serían una alternativa a las pruebas basadas en imágenes y a las biopsias tradicionales, en las que hay que extraer un fragmento de tumor del cuerpo del paciente para luego analizarlo. La obtención de las CTC a partir de una muestra de sangre "es un método no invasivo y podría ofrecer una calidad similar [a los resultados de los métodos tradicionales]", matiza van de Burgt. El objetivo final es que permita el diagnóstico a bajo coste y funcione como un primer control antes de realizar pruebas que necesitan más recursos.

El profesor titular de Ciencias Biomédicas de la Universidad Europea (España) y miembro del jurado de Innovadores menores de 35 Europa 2019, José Rivera, asegura que van de Burgt "está totalmente centrado en la investigación en el campo de la bioingeniería a través de la combinación de la inteligencia artificial y los biosensores", y destaca "el ingenio, la audacia y la capacidad de comunicación" del joven innovador.

- Por Alba Casilda