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Modelado y simulación de la actividad eléctrica cardíaca

Centro de Investigación e Innovación en Bioingeniería

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Las arritmias cardiacas son una de las principales causas de morbilidad y mortalidad en los países desarrollados. A pesar de la intensa investigación desarrollada, los mecanismos de generación, mantenimiento y terminación de estas arritmias no están totalmente claros. Además, su tratamiento no es del todo satisfactorio. Aunque hoy en día se dispone de una gran cantidad de información a diferentes niveles: sub-celular, celular, tisular, de órgano y de sistema, la predicción, la prevención y el tratamiento de las arritmias cardiacas sigue siendo uno de los mayores retos científicos.

Una nueva y prometedora tecnología basada en la integración de los diferentes niveles de información en modelos computacionales permite la investigación en este campo. Dentro de esta línea, investigadores del Ci2B de la Universitat Politècnica de València trabajan en el estudio de las causas de arritmias cardíacas mediante modelado y simulación.

Se ha desarrollado modelos tridimensionales realistas del corazón que incluyen, con un elevado grado de detalle, características genéticas de las corrientes iónicas, y sus mutaciones, las características electrofisiológicas de los diferentes tipos de células cardiacas y la estructura anatómica de los diferentes tejidos cardiacos, además de un modelo anatómico del torso.

Utilizando estos modelos, se estudian situaciones que generan y perpetúan los complejos ritmos patológicos y su relación con las señales eléctricas utilizadas en el diagnóstico clínico (ECG). Estos modelos integrados multi-escala son utilizados para mejorar la prevención y el diagnóstico de patologías cardiacas, los procedimientos quirúrgicos relacionados con la ablación por radiofrecuencia y el conocimiento de los efectos pro-arrítmicos que presentan diferentes fármacos antiarrítmicos.

Responsable científico

Trénor Gomis Beatriz Ana

Participantes

Ferrero de Loma-Osorio José María, Trénor Gomis Beatriz Ana, Romero Pérez Lucia, Saiz Rodríguez Francisco Javier, Gomis-Tena Dolz Julio

Aplicaciones

Desarrollo de Dispositivos Médicos
Diseño y Optimización de Marcapasos y Desfibriladores: El modelado de la actividad eléctrica cardíaca permite diseñar dispositivos más eficaces y seguros. Las simulaciones ayudan a optimizar la colocación de electrodos y la configuración de los impulsos eléctricos.
Pruebas Virtuales: Antes de la fabricación, los dispositivos pueden ser probados en modelos virtuales del corazón, reduciendo el tiempo y los costos de desarrollo y mejorando la seguridad del producto final. Investigación y Desarrollo en Cardiología
Estudio de Arritmias: Las simulaciones permiten estudiar el origen y la propagación de arritmias cardíacas, mejorando la comprensión de estos trastornos y facilitando el desarrollo de nuevos tratamientos.
Desarrollo de Fármacos: Evaluar el efecto de nuevos medicamentos en la actividad eléctrica del corazón, identificando posibles efectos secundarios y optimizando la dosificación. Formación y Educación Médica
Simuladores de Entrenamiento: Los modelos cardíacos virtuales se utilizan en simuladores para entrenar a médicos y personal de salud en la interpretación de electrocardiogramas (ECG) y en la realización de intervenciones cardíacas. Personalización de Tratamientos
Terapias Personalizadas: Los modelos de simulación pueden personalizarse según los datos de cada paciente, permitiendo a los médicos planificar tratamientos específicos y prever el resultado de diferentes intervenciones.
Cirugía Cardíaca Asistida por Computadora: Facilita la planificación preoperatoria, ayudando a los cirujanos a visualizar y ensayar procedimientos antes de realizarlos en el paciente. Monitoreo y Diagnóstico
Desarrollo de Sistemas de Monitoreo Remoto: Mejora el diseño de sistemas de monitoreo remoto de la actividad cardíaca, permitiendo la detección temprana de anomalías y la intervención.
Mejora de Algoritmos de Diagnóstico: Optimización de los algoritmos utilizados en dispositivos portátiles y en los sistemas de monitoreo hospitalario para detectar y clasificar arritmias y otras condiciones cardíacas con mayor precisión. Regulación y Certificación
Evaluación y Certificación de Nuevos Dispositivos Médicos: Los modelos y simulaciones pueden usarse para cumplir con los requisitos de las agencias reguladoras, proporcionando datos sobre la seguridad y eficacia de nuevos dispositivos médicos. Telemedicina y Atención Médica a Distancia
Diagnóstico Remoto: Utilización de simulaciones para mejorar la precisión de los diagnósticos realizados a distancia, facilitando la telemedicina.
Monitoreo Continuo: Ayuda en el desarrollo de sistemas de monitoreo continuo para pacientes con enfermedades cardíacas, permitiendo intervenciones tempranas y reducción de hospitalizaciones.

Ventajas técnicas

Simulación Multi-Escala: Integración de datos a nivel sub-celular, celular, tisular y de órgano, permitiendo una comprensión holística del funcionamiento cardíaco y las arritmias. Modelos cardíacos personalizados y realistas: Creación de modelos cardíacos tridimensionales realistas basados en características genéticas y anatómicas específicas, mejorando la precisión de las simulaciones. Predicción y Prevención Avanzadas: Habilidad para predecir la aparición de arritmias y su progresión, facilitando intervenciones preventivas más eficaces. Optimización de Procedimientos Médicos: Simulación de procedimientos para mejorar técnicas y resultados, reduciendo riesgos y tiempos de recuperación.

Beneficios que aporta

Mejora de la prevención y diagnóstico de patologías cardiacas
Mejora de los procedimientos quirúrgicos relacionados con la ablación por radiofrecuencia
Más información sobre efectos pro-arrítmicos de diferentes fármacos antiarrítmicos.

Experiencia relevante

El grupo de investigación tiene amplia experiencia en:
Simulación computacional y modelado: para predecir y estudiar arritmias cardíacas.
Tecnologías personalizadas y multi-escala: para el tratamiento de patologías cardíacas.
Optimización y certificación in silico: de dispositivos y medicamentos cardíacos.
Detección temprana y genética: desarrollando plataformas para predisposición a arritmias.
Estudios de actividad eléctrica: enfocados en fibrilación auricular. Estas experiencias abarcan tanto proyectos competitivos de investigación como colaboraciones internacionales y de financiación significativa, destacando su capacidad para abordar problemas críticos en la cardiología mediante métodos innovadores y avanzados. Algunos proyectos son:
pCardioTreat: Optimización de terapias personalizadas de patologías auriculares y ventriculares mediante modelos computacionales multi-escala. Enfocado en la fibrilación auricular, infarto de miocardio e insuficiencia cardíaca, con métodos de personalización basados en datos clínicos.
V-Heart SN: Resumen: Simulación computacional avanzada para el estudio de la actividad eléctrica del corazón, permitiendo un análisis detallado de las arritmias y el efecto de diversos tratamientos.
PFarma: Desarrollo de plataformas computacionales para la simulación de fármacos y dispositivos médicos aplicados al tratamiento de enfermedades cardíacas, mejorando la eficiencia y eficacia de los tratamientos.
Prometeo: Proyecto centrado en la investigación avanzada de la actividad eléctrica del corazón, con especial atención a la mejora de técnicas de ablación y otros tratamientos intervencionistas.
MY-ATRIA: Red multidisciplinaria de formación para la gestión de la fibrilación auricular, integrando diversas disciplinas y enfoques para mejorar la comprensión y tratamiento de esta patología.
MeHeart: Enfoque en el modelado y simulación de la actividad eléctrica cardíaca para mejorar la precisión de los tratamientos médicos y la predicción de resultados terapéuticos.
SimCardioTest: Proyecto que desarrolla simulaciones in silico para la certificación de dispositivos y fármacos cardíacos, con el objetivo de reducir costos y mejorar la seguridad y eficacia de los tratamientos.
PCarTrialsM&S: El objetivo global de este proyecto es desarrollar, validar y probar una herramienta para la realización de ensayos clínicos in silico para medicina de precisión utilizando poblaciones de modelos electrofisiológicos y electromecánicos para mejorar la eficacia y seguridad de las terapias. Estos proyectos reflejan la amplia experiencia del grupo en el uso de modelos computacionales y simulaciones para el estudio y tratamiento de patologías cardíacas, colaborando con diversas instituciones internacionales y enfocándose en la personalización y optimización de terapias.