La Ciencia está en situación de modelar células humanas gracias a la IA

La ciencia tiene una "oportunidad sin precedentes" de utilizar la inteligencia artificial (IA) para crear la primera célula humana virtual del mundo.

Así lo asegura un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford, Genentech y la Iniciativa Chan-Zuckerberg, que ha observado que los recientes avances en inteligencia artificial y la existencia de datos experimentales a gran escala sobre la biología humana han alcanzado una masa crítica.

Dicha célula sería capaz de representar y simular el comportamiento preciso de biomoléculas, células y, en última instancia, tejidos y órganos humanos.

"El modelado de células humanas puede considerarse el santo grial de la biología", afirma en un comunicado Emma Lundberg, profesora asociada de bioingeniería y patología en las facultades de Ingeniería y Medicina de Stanford y autora principal de un nuevo artículo en la revista Cell que propone un esfuerzo concertado y global para crear la primera célula virtual con IA del mundo. "La IA ofrece la capacidad de aprender directamente de los datos y de ir más allá de suposiciones e intuiciones para descubrir las propiedades emergentes de sistemas biológicos complejos".

Un modelo celular sintético de este tipo permitiría una comprensión más profunda de la compleja interacción de fuerzas y procesos químicos, eléctricos, mecánicos y de otro tipo que hacen que las células humanas sanas funcionen, y también revelaría las causas fundamentales de las enfermedades que conducen a la disfunción o muerte celular.

Tal vez lo más intrigante sea que una célula virtual de IA también permitiría a los científicos experimentar in silico en lugar de in vivo, en una computadora en lugar de en células y organismos vivos. Esta capacidad ampliaría la comprensión humana de la biología humana y aceleraría la búsqueda de nuevas terapias, fármacos y tal vez curas para las enfermedades.

Los biólogos del cáncer podrían modelar cómo ciertas mutaciones convierten las células sanas en malignas.

Algún día, los microbiólogos podrían predecir los efectos de los virus en las células infectadas y tal vez incluso en los organismos hospedadores. Los médicos podrían algún día probar tratamientos en "gemelos digitales" de sus pacientes, acelerando una era largamente prometida de medicina personalizada más rápida, más rentable y más segura.

Sin embargo, para que se considere un éxito, los autores dicen que una célula virtual de IA tendría que lograr tres resultados. En primer lugar, tendría que permitir a los investigadores crear representaciones universales de especies y tipos de células. También tendría que predecir con precisión la función, el comportamiento y la dinámica celular y comprender los mecanismos celulares. Y, por último, pero no por ello menos importante, una célula virtual de IA permitiría experimentos en computadoras para probar hipótesis y guiar la recopilación de datos para expandir las capacidades de la célula virtual a una velocidad y a costos muy inferiores a los actuales.

TRILOGÍA PARA LA CIENCIA

En lo que los autores llaman una "trilogía" para la ciencia, la IA ha marcado el comienzo de una era de herramientas que son predictivas, generativas y consultables, y, sin embargo, la escala masiva de datos biológicos sin procesar que se necesitarán para crear la célula virtual es innegable. En comparación, los autores señalan el almacén de datos de secuenciación de ADN recopilado por los Institutos Nacionales de Salud, llamado Short Read Archive, que ahora contiene más de 14 petabytes de datos, mil veces más grande que el conjunto de datos utilizado para entrenar a ChatGPT.

Lograr la célula virtual de IA no será fácil. Requerirá una colaboración científica abierta, global y concertada a una escala sin precedentes en campos que van desde la genética y la proteómica hasta la imagenología médica, y una estrecha asociación entre las partes interesadas globales del mundo académico, la industria y las organizaciones sin fines de lucro. Al mismo tiempo, los autores tienen cuidado de señalar que cualquier trabajo hacia la célula virtual de IA solo debe llevarse a cabo con el supuesto de que los modelos resultantes se pondrán a disposición de toda la comunidad científica sin restricciones.

"Este es un proyecto gigantesco, comparable al proyecto del genoma, que requiere la colaboración entre disciplinas, industrias y naciones, y entendemos que los modelos completamente funcionales podrían no estar disponibles durante una década o más", afirmó Lundberg. "Pero, con las capacidades de inteligencia artificial en rápida expansión de la actualidad y nuestros conjuntos de datos masivos y crecientes, es el momento adecuado para que la ciencia se una y comience el trabajo de revolucionar la forma en que entendemos y modelamos la biología".