Conectando la mejora genética porcina y la salud humana mediante datos de tomografía computarizada
Perspectivas científicas:
Los cerdos y los seres humanos tienen una fisiología relativamente similar. Por ello, los cerdos se utilizan con frecuencia como modelos animales en la formación quirúrgica y la investigación biomédica. A diferencia de los seres humanos, los cerdos tienen una esperanza de vida relativamente corta, por lo que no plantean los mismos problemas médicos, como los posibles daños derivados de la radiación de las tomografías computarizadas (TC).
En este artículo explicamos cómo, mediante el intercambio de conocimientos y soluciones innovadoras, Topigs Norsvin está contribuyendo a los avances en medicina humana.
Escrito por: Øyvind Nordbø, PhD, investigador de Topigs Norsvin.
Resumen: Las operaciones de tomografía computarizada (TC) a gran escala de Topigs Norsvin generan conjuntos de datos únicos que están contribuyendo al avance de las técnicas de imagen médica en humanos. Mediante la realización de exploraciones con diferentes niveles de radiación y protocolos de doble escaneo —con y sin contraste—, la empresa genera datos para entrenar sistemas de inteligencia artificial que no pueden obtenerse de pacientes humanos.
Estos conjuntos de datos ayudan a desarrollar técnicas de imagen más seguras, con menores dosis de radiación, así como a avanzar en el uso de la TC cardiaca sin agentes de contraste.
Topigs Norsvin está compartiendo estos datos con comunidades de investigación de todo el mundo, conectando así la ciencia aplicada a la producción animal con la innovación médica.
Las operaciones de tomografía computarizada (TC) a gran escala de Topigs Norsvin generan conjuntos de datos únicos que están contribuyendo al avance de las técnicas de imagen médica en humanos. Mediante la realización de exploraciones con diferentes niveles de radiación y protocolos de doble escaneo —con y sin contraste—, la empresa genera datos para entrenar sistemas de inteligencia artificial que no pueden obtenerse de pacientes humanos.
Estos conjuntos de datos ayudan a desarrollar técnicas de imagen más seguras, con menores dosis de radiación, así como a avanzar en el uso de la TC cardiaca sin agentes de contraste.
Topigs Norsvin está compartiendo estos datos con comunidades de investigación de todo el mundo, conectando la ciencia aplicada a la producción animal con la innovación médica.
Tomografía computarizada a gran escala en Topigs Norsvin
En las estaciones de prueba de verracos de Topigs Norsvin, Delta Norway y Delta Canada, se realizan anualmente tomografías computarizadas a varios miles de cerdos. En nuestros programas de mejora genética, la TC se utiliza para obtener mediciones precisas de diferentes características de la canal y de la salud. Cada cerdo es sedado antes de la exploración y el procedimiento no presenta efectos secundarios apreciables.
En el escáner de TC, el individuo se expone a rayos X desde diferentes ángulos. Los distintos tipos de tejidos, con diferentes densidades, como los huesos, los músculos y la grasa, absorben los rayos X en diferente grado, y la escala de grises de la imagen de TC refleja la densidad del objeto escaneado.
El escáner genera imágenes tridimensionales de alta resolución y Topigs Norsvin utiliza modelos informáticos avanzados para obtener mediciones precisas a partir de las imágenes de los verracos escaneados.
Retos en la Medicina Humana
La creación de buenos conjuntos de datos médicos en humanos se enfrenta a dos obstáculos principales.
En primer lugar, las fuentes de datos deben ser completamente anónimas para proteger la privacidad de los pacientes. Sin embargo, la anonimización impide a los investigadores vincular diferentes mediciones de una misma persona a lo largo del tiempo, lo que dificulta analizar cómo interactúan la genética, el entorno y los factores relacionados con el estilo de vida para influir en las características de la salud.
Esta limitación no existe en la mejora genética porcina, donde se pueden mantener registros individuales completos durante toda la vida de cada animal, lo que permite a los investigadores tener en cuenta los factores ambientales al calcular su potencial genético.
En segundo lugar, la exposición a la radiación constituye una preocupación importante. La tomografía computarizada utiliza radiación de rayos X. En el caso de los verracos destinados a la reproducción, que viven un máximo de dos o tres años, la dosis de radiación de una exploración no supone un riesgo para la salud, ya que no hay tiempo suficiente para que se produzcan daños acumulativos. Sin embargo, en medicina humana los pacientes pueden someterse a exploraciones repetidas durante muchos años o incluso décadas, por lo que la exposición a la radiación sí supone una preocupación.
Una dosis elevada y acumulada de rayos X aumenta el riesgo de cáncer, por lo que minimizar la exposición a la radiación es una prioridad en la atención sanitaria humana.
Imágenes de alta calidad con una menor dosis de radiación
Para reducir los riesgos a largo plazo asociados a las tomografías computarizadas, se puede disminuir la dosis de radiación, aunque esto compromete la calidad de la imagen.
Una posible solución consiste en entrenar sistemas de inteligencia artificial (IA) para mejorar las imágenes, de manera que las obtenidas con dosis bajas de radiación alcancen una calidad similar a las obtenidas con dosis normales. El entrenamiento de estos modelos de IA requiere grandes cantidades de datos, algo difícil de conseguir porque supondría exponer a personas participantes en estudios a radiación innecesaria.
En colaboración con la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) y la Universidad de la Sorbona de París, Topigs Norsvin ha realizado tomografías computarizadas repetidas a 50 cerdos utilizando dosis de radiación normales, bajas (25 %) y ultrabajas (5 %) (véase la Figura 1).
Estas mediciones repetidas solo añaden unos minutos adicionales al tiempo que cada cerdo permanece en el escáner de TC, por lo que el coste adicional es relativamente bajo. A cambio, Topigs Norsvin recibe de sus colaboradores de investigación datos detallados y anotados de los órganos internos, que pueden utilizarse para mejorar y ampliar los modelos de IA de la empresa y proporcionar una representación más detallada de la anatomía del cerdo.
Desarrollo de TC cardiaca sin contraste
Las imágenes de TC funcionan bien para diferenciar tejidos con distintas densidades. Sin embargo, la sangre y el músculo tienen densidades muy similares, por lo que a menudo se añaden agentes de contraste a la sangre para obtener imágenes cardiacas. Los agentes de contraste suelen contener yodo, lo que hace que la sangre aparezca más blanca que el músculo cardiaco.
El uso de agentes de contraste no siempre es conveniente.
La insuficiencia cardiaca suele estar asociada a la insuficiencia renal, y los agentes de contraste pueden resultar perjudiciales para las personas con una función renal deficiente. En estos pacientes suele utilizarse como alternativa la resonancia magnética (RM). Sin embargo, la RM es mucho más cara y requiere más tiempo que la TC, lo que puede generar cuellos de botella en los hospitales.
Una alternativa a la resonancia magnética y a la TC cardiaca con contraste consiste en desarrollar sistemas de IA capaces de diferenciar la sangre del tejido cardiaco en imágenes de TC obtenidas sin agentes de contraste.
En Topigs Norsvin, los investigadores han estado trabajando en un reto similar a través del proyecto «With Heart for the Pig». Aunque los agentes de contraste no suponen un riesgo para la salud de los cerdos, no están autorizados para su uso en animales destinados a la producción de alimentos.
Junto con investigadores de la Universidad Noruega de Ciencias de la Vida (NMBU), la empresa ha recopilado una cantidad considerable de datos de TC cardiaca de cerdos para desarrollar nuevos caracteres relacionados con la función cardiaca.
Cada cerdo fue escaneado dos veces: primero sin contraste y, unos segundos después, con contraste (Figura 2). Este protocolo de doble escaneo genera un conjunto de datos de referencia que permite diferenciar el tejido muscular de la sangre y entrenar modelos de IA utilizando imágenes de TC sin contraste.
Iniciativa de datos abiertos
Estos conjuntos de datos de referencia son únicos y tienen un importante valor potencial para el desarrollo de diagnósticos por imagen basados en IA en medicina humana.
Consciente de este impacto más amplio, Topigs Norsvin ha decidido compartirlos con diferentes comunidades de investigación en inteligencia artificial.
Hasta el momento, la empresa ha facilitado el acceso a estos datos a investigadores de la NTNU y de la Universidad de la Sorbona de París. Topigs Norsvin está preparando ahora la publicación de parte del conjunto de datos para ponerlo a disposición de investigadores de todo el mundo.
Al conectar la investigación aplicada a la producción animal con la innovación médica, esta iniciativa demuestra cómo los datos procedentes de la mejora genética animal pueden contribuir a resolver importantes retos de la atención sanitaria humana.
Criamos carne de cerdo sostenible
En tiempos de cambio climático, en los que la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero es una prioridad absoluta, el cerdo desempeña un papel clave en el suministro sostenible de proteínas de alta calidad a una población mundial en crecimiento. Topigs Norsvin asume la responsabilidad de criar cerdos que prosperen en los entornos de producción del futuro: más fuertes, más sanos y más eficientes.
Los cerdos pueden digerir piensos de baja calidad y transformarlos de forma eficiente en proteínas de alta calidad con bajas emisiones de gases de efecto invernadero. Esto convierte a la carne de cerdo en una de las fuentes de proteína más sostenibles.
Datos abiertos, desarrollo sostenible y salud humana
Se han realizado numerosas investigaciones sobre los efectos económicos de los datos abiertos, que demuestran que facilitar el acceso a los datos ayuda a reducir las brechas de desarrollo, promueve un desarrollo regional coordinado y contribuye indirectamente a la innovación en las actividades sociales y económicas.
Nuestra participación en el intercambio de conocimientos con partes interesadas de diferentes sectores es una clara demostración de nuestro compromiso con la salud humana.
Esta experiencia también demuestra cómo colaboraciones que pueden parecer poco convencionales pueden generar beneficios para las personas y el planeta cuando se trabaja con un propósito común.
Mediante nuestra participación en estas iniciativas, los datos abiertos y el intercambio de conocimientos nos acercan un paso más al cumplimiento del Objetivo de Desarrollo Sostenible 3 de las Naciones Unidas: «Salud y bienestar», no solo contribuyendo a la producción de carne de cerdo nutritiva, sino también ayudando a impulsar los avances en medicina humana.
Inteligencia Artificial (IA) y su uso responsable
El creciente uso de la IA conlleva importantes consideraciones éticas, como la transparencia, los sesgos y el uso responsable de los recursos. En Topigs Norsvin, mediante el uso de la IA en el desarrollo de tecnologías relacionadas con el comportamiento animal, nos esforzamos por utilizarla como una herramienta que contribuya positivamente a la sociedad, mejorando la salud y el bienestar de nuestros cerdos.