De la física a la clínica, cómo las tecnologías cuánticas revolucionarán la medicina del futuro
El catedrático de Física Teórica de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), Miguel Ángel Martín-Delgado, ha coordinado un nuevo Informe sobre Tecnologías Cuánticas en la medicina del futuro, elaborado desde el Observatorio de Tendencias en la Medicina del Futuro de la Fundación Roche, en noviembre del 2024, en el que evidencia cómo los sensores y la computación cuántica permitirán un conocimiento más profundo y una mejor comprensión de las enfermedades y sus causas, además de permitir la identificación de dianas moleculares, el diseño de nuevos modelos de ensayos clínicos y desarrollo de nuevos fármacos, sobre el impacto de las tecnologías cuánticas en la medicina del futuro.
Las tecnologías cuánticas tienen aplicaciones prometedoras en la identificación de dianas moleculares y el descubrimiento de fármacos. Dada la elevada sensibilidad de los sensores cuánticos para el análisis de la composición química de muestras y medición precisa de microvolúmenes, pueden ser aplicados, por ejemplo, en los organ-on-a-chip, permitiendo generar un entorno biológico que simula el comportamiento natural de los órganos humanos y, de este modo, estudiar el efecto terapéutico de los fármacos sin necesidad de recurrir a modelos animales. “La elevada sensibilidad de los sensores, sumado a que requieren de muestras muy pequeñas, permiten realizar ensayos clínicos más eficientes y económicos, mejorando la calidad de los datos y acelerando el desarrollo de nuevos tratamientos y medicamentos”, arguye el Dr. Martín-Delgado.
En cuanto a la computación cuántica, permite simular interacciones moleculares complejas, lo cual es crucial para el diseño de fármacos. “Utilizando algoritmos cuánticos, los investigadores pueden identificar más rápidamente moléculas prometedoras que podrían funcionar como medicamentos, reduciendo el tiempo y costo del desarrollo farmacéutico”, precisa.
En el contexto de la práctica clínica, el desarrollo de nuevas herramientas y modelos predictivos mediante el uso de la computación cuántica abrirá nuevas posibilidades en la Medicina Preventiva y la Salud Pública de Precisión. De esta manera, “la computación cuántica podría desarrollar modelos predictivos más precisos para la prevención de enfermedades, analizando grandes volúmenes de datos epidemiológicos y genómicos para predecir brotes y diseminar medidas preventivas a tiempo”, añade el Dr. Martín-Delgado.
Por otro lado, se están desarrollando distintas tecnologías cuánticas para ofrecer diagnósticos más precisos y tempranos. De acuerdo con el experto, se está desarrollando la aplicación de los sensores cuánticos para detectar biomarcadores con una alta sensibilidad y especificidad. “Esto podría permitir diagnósticos más tempranos de enfermedades como el cáncer y enfermedades infecciosas”. Asimismo, asegura que la aplicación de esta tecnología supondrá la “mejora en técnicas de imagen como la resonancia magnética nuclear (RMN) a través de la hiperpolarización cuántica, que permite obtener imágenes médicas con mayor resolución, facilitando la identificación y monitorización de enfermedades en etapas tempranas”.
Métodos de encriptación seguros
La generación masiva de datos en salud, y dada su la naturaleza, hace necesario contar con mecanismos y sistemas de protección que garanticen el intercambio de información, el anonimato de los individuos, asegurando la confidencialidad, protección y privacidad de las personas en todo momento.
En este contexto, las tecnologías cuánticas, a través de la criptografía cuántica, proporcionan métodos avanzados para proteger la información médica. Como señala el Dr. Martín-Delgado, la criptografía cuántica “ofrece métodos de encriptación extremadamente seguros al utilizar claves que son prácticamente imposibles de descifrar con tecnologías actuales. Esto asegura la protección de la información médica durante el intercambio y almacenamiento, algo crucial en la digitalización de los datos de salud”. Esta tecnología permitirá el desarrollo de protocolos de comunicación cuántica en el ámbito de la salud capaces de verificar la identidad de un usuario o dispositivo antes de permitir el acceso a los datos o a los sistemas, “evitando que agentes externos tenga acceso a los mismos”, subraya el Dr. Martín-Delgado.
En esta línea, el experto asegura que las técnicas de criptografía cuántica, como la Distribución Cuántica de Claves (QKD), están diseñadas para asegurar que los datos médicos sensibles sean transmitidos de manera que no puedan ser descifrados, “mejorando la seguridad en el intercambio de información entre instituciones médicas”. Por otro lado, destaca el papel de esta tecnología para el desarrollo de redes de comunicación segura. Concretamente, tal y como evidencia el Dr. Martín-Delgado, “proyectos como el MadQCI (Madrid Quantum Communications Infrastructure) están empezando a implementar redes de comunicación cuántica para asegurar la transmisión de datos clínicos entre hospitales y centros de investigación, protegiendo la privacidad de los pacientes y la integridad de los datos”.
Los grandes avances producidos en las tecnologías cuánticas en los últimos años permiten entrever el gran potencial en la medicina del futuro. Sin embargo, todavía se encuentran en fases tempranas de su desarrollo, mientras que su integración en el sistema sanitario requiere de la generación de evidencia sólida y la creación de infraestructuras adecuadas. Además, será necesario afrontar una serie de desafíos y limitaciones técnicas, de implementación y de capacitación para asegurar una integración efectiva, con el objetivo de aprovechar al máximo su potencial y trasladar sus innovaciones al ámbito de la medicina del futuro.
Los autores del informe han identificado una serie de recomendaciones para hacer frente a estos retos, y así maximizar los beneficios de las tecnologías cuánticas en la medicina. En este sentido, recomiendan impulsar el desarrollo de una estrategia integral de tecnologías cuánticas, y establecer un marco regulatorio que facilite la investigación y su uso en salud; el Dr. Martín-Delgado considera esencial “potenciar la inversión pública y promover la financiación de startups y empresas emergentes que están trabajando en la integración de tecnologías cuánticas en medicina”. “A medida que se superen los desafíos técnicos y de implementación, las tecnologías cuánticas se integrarán cada vez más en los sistemas de salud, fomentando innovaciones que mejorarán la salud global y elevarán la calidad de vida a nivel mundial”, concluye el Dr. Martín-Delgado [1].
Mejoras en diagnóstico y monitorización mediante sensores cuánticos
La toma de decisiones médicas está integrando cada vez más la computación cuántica y el aprendizaje automático para analizar conjuntos de datos complejos, mejorar los diagnósticos y permitir tratamientos personalizados. Por su parte, el aprendizaje automático cuántico, ofrece oportunidades para futuros avances en el procesamiento de datos de salud de alta dimensión y la mejora de los resultados clínicos.
Los algoritmos cuánticos pueden escalar exponencialmente más allá de las capacidades de la inteligencia artificial en avances como el análisis genómico, la interpretación radiológica y el modelado predictivo de resultados para los pacientes. Los sensores cuánticos, capaces de detectar cambios mínimos en campos magnéticos y eléctricos, están revolucionando el diagnóstico precoz y la monitorización continua. Por ejemplo, pueden medir campos magnéticos generados por actividades neuronales o cardíacas con una precisión mucho mayor que las tecnologías actuales, facilitando la detección temprana de enfermedades neurológicas o cardiovasculares. Además, su integración en dispositivos portátiles promete llevar el control sanitario a entornos domésticos con gran comodidad y eficacia.
Se piensa en la aplicación de computación cuántica para las simulaciones Monte Carlo demandan mucha capacidad computacional, los avances en computación de alto rendimiento y la computación cuántica están reduciendo los tiempos de cálculo, haciendo que esta técnica sea más accesible para uso clínico. Al integrar algoritmos cuánticos en las simulaciones Monte Carlo, los investigadores pueden acelerar aún más estos cálculos, lo que podría permitir una radioterapia adaptativa en tiempo real que ajuste dinámicamente los planes de tratamiento en función de la anatomía del paciente durante la sesión.
Vamos a adelantarnos al apartado de desafíos. Hay tres preguntas importantes que están haciendo pensar a los expertos sobre cómo usar la simulación cuántica en medicina frente a los modelos tradicionales de predicción.
Los ordenadores cuánticos actuales todavía son limitados en tamaño y capacidad. ¿Esto hará que sea difícil usar simulaciones cuánticas en hospitales o clínicas, especialmente cuando los métodos tradicionales de inteligencia artificial pueden crecer y trabajar con muchos datos?
¿Se podría combinar la información que nos dan las simulaciones cuánticas con los modelos clásicos para crear un método mixto que sea fácil de entender, muy preciso y práctico para usar en medicina?
Como las simulaciones cuánticas usan principalmente las leyes de la física en lugar de muchos datos reales de pacientes, ¿qué problemas éticos podrían surgir al decidir tratamientos o diagnósticos sin usar tanta información empírica? [2].
[1]https://www.ucm.es/tecnologias-cuanticas-revolucion-medicina
[2]https://www.newmedicaleconomics.es/revolucion-cuantica-en-la-salud-impacto-y-aplicaciones
