Si no estáis muy al tanto de la tecnología, a lo mejor el concepto de “gemelos digitales” os resulta un tanto extraño. Hoy os vamos a hablar un poco de lo que son los gemelos digitales y la utilidad que van a tener en un futuro próximo en el campo de la medicina y la salud.

¿Qué es un gemelo digital?

De manera muy sencilla se puede decir que un gemelo digital es un modelo virtual de algo físico. Siendo un poco más precisos, podríamos definirlo como una copia virtual de una entidad que incorpora todos sus componentes, pero también sus interacciones dinámicas. Puede ser desde un objeto hasta un proceso o sistema. Los gemelos virtuales no son estáticos, sino que incluyen datos de interacciones en tiempo real, analizan comportamientos y hacen previsiones. Para ello emplea la inteligencia artificial, el internet de las cosas, el machine learning y el análisis de datos. Para elaborar un gemelo digital se necesita una cantidad masiva de datos, que ha de ser integrada en un sistema computacional.

Los gemelos digitales ya están en uso en muchos campos, como el proceso de fabricación industrial, donde se emplean para simular, predecir y optimizar el producto y la producción antes de invertir en prototipos físicos.

¿De dónde surgen los gemelos digitales?

Pues, como un montón de inventos que ahora usamos en la vida diaria, provienen de la investigación espacial. Concretamente la idea viene de los años 60, cuando la NASA comenzó a simular vuelos de naves espaciales en tiempo real. Se empleó, por ejemplo, en la misión del Apolo 13, cuando la nave tuvo un fallo y hubo que simular las condiciones del Apolo 13 para lograr que volviera con éxito a la Tierra. Sin embargo, el término “gemelo digital” no se acuñó hasta 2002, en una presentación de Michael Grieves sobre la gestión de la vida útil de un producto.

Existen (o se pueden crear) gemelos virtuales de casi cualquier cosa: motores, autopistas, centrales hidroeléctricas, ciudades enteras, fábricas… o corazones, cerebros, riñones, células…

Gemelos digitales en salud

El concepto de gemelo digital en el campo biosanitario se encuentra aún en fase emergente. Es una herramienta que se ha definido como la representación virtual de una persona que permite la simulación dinámica de estrategias de tratamiento, la monitorización y predicción de la trayectoria de salud y la intervención temprana y prevención, todo ello basado en datos múltiples, genéticos, clínicos, moleculares, ambientales… (Katsoulakis, E. et al. Digital twins for health: a scoping review. npj Digit. Med. 7, 77 (2024))

Imagen de De Domenico, M., Allegri, L., Caldarelli, G. et al. Challenges and opportunities for digital twins in precision medicine from a complex systems perspective. npj Digit. Med. 8, 37 (2025). https://doi.org/10.1038/s41746-024-01402-3

Sin embargo, un gemelo digital para la salud no tiene necesariamente que ser un paciente “completo”. Se pueden hacer gemelos digitales de órganos concretos o incluso de poblaciones, para estudios epidemiológicos, por ejemplo.

Para construir gemelos digitales útiles en salud se emplea información biológica, como puede ser el sexo, edad, altura y demás datos biométricos. De igual manera, se incluyen datos médicos: analíticas, resultados de pruebas de imagen (rayos X, resonancias…). Pero también se alimentan con otros datos que nos podrían parecer menos obvios en lo que a temas de salud se refiere. Así, por ejemplo, pueden integrar datos y medidas sobre nuestros estilos de vida que procedan de nuestros teléfonos o relojes inteligentes e incluso aspectos sociodemográficos, como la zona donde vivimos, nivel socioeconómico, nivel de estudios, etc.  Todo ello enriquece el modelo, con el objetivo de que replique de manera lo más exacta posible al sistema en estudio, sea paciente, órgano, población…

Aplicaciones

Las aplicaciones posibles son numerosísimas, así que solo vamos a citar algunas

Tratamientos personalizados

Los gemelos digitales permiten replicar la fisiología específica de cada paciente y su respuesta a tratamientos concretos. Esto permite a los médicos actuar y proponer tratamientos de una manera mucho más dirigida. Permiten “probar” el tratamiento antes en el gemelo que en el paciente, y esa prueba previa permitirá saber exactamente cómo va a reaccionar el paciente al tratamiento. Esto tiene dos ventajas obvias. En primer lugar, se sabrá de antemano si el tratamiento va a ser efectivo. Pero también permitirá minimizar los riesgos de efectos secundarios adversos, marcando un paso significativo hacia una medicina más centrada en el paciente. Y no se trata solo de terapias medicamentosas. Se han desarrollado, por ejemplo, corazones digitales que permiten ver exactamente donde está el fallo en la transmisión eléctrica y así determinar donde realizar exactamente la ablación por cateterismo.

Gemelo digital de un corazón desarrollado por el Alan Turing Institute, de UK (https://ai-uk.turing.ac.uk/exhibitions/the-cardiac-digital-twin/)

Prevención

Al analizar los factores de riesgo, la predisposición genética de un individuo y el estilo de vida, los modelos pueden predecir la aparición de enfermedades antes de manifestarse, ofreciendo la posibilidad de llevar a cabo intervenciones preventivas o cambios en el estilo de vida que pueden evitar o disminuir la aparición de determinadas enfermedades.

Cirugías simuladas

Los cirujanos pueden utilizar estos modelos para la preparación de operaciones. Gracias a estos gemelos se puede planificar y practicar el procedimiento quirúrgico, mejorando la precisión y disminuyendo el tiempo que dura la operación “real”.

Los gemelos virtuales también se pueden emplear en cirugía para entrenar o enseñar a cirujanos noveles a realizar procedimientos quirúrgicos complicados.

Desarrollo de medicamentos

Ya sabemos que el proceso de descubrimiento y desarrollo de un medicamento es un proceso muy largo y muy caro. Se estima que el coste de poner un medicamento nuevo en el mercado es de unos 2.500 millones de $ y que se tarda unos diez años. Además, más del 90% de los candidatos nunca llegan a comercializarse. En este proceso los gemelos digitales pueden ser de gran ayuda en dos puntos concretos.

Descubrimiento de candidatos. Construir gemelos digitales de órganos, tejidos, células o moléculas diana permite hacer a gran escala unas búsquedas de moléculas candidatas a ser fármacos en tiempo mucho menor y a un coste mucho más reducido. Aumenta, además, las posibilidades de éxito. Este tipo de gemelos ya se emplean por empresas como GSK o Takeda. El Centro de Excelencia de Medicina Personalizada (PerMedCoE), coordinado por el Barcelona Supercomputing Center trabaja en la creación de gemelos digitales para representar sistemas celulares virtuales. Intenta cubrir el hueco existente entre las simulaciones a nivel molecular y a nivel de órgano, con el fin de predecir respuestas a tratamientos potenciales. El proyecto está consiguiendo optimizar simulaciones celulares y abre nuevas posibilidades para el estudio de células cancerígenas y la personalización de tratamientos. Para ello, utiliza datos reales de pacientes con cáncer y por medio de la simulación computacional identifica combinaciones de fármacos que pueden ser eficaces en cada caso concreto.  Por otra parte, también se está investigando en el aspecto diagnóstico, a partir de informaciones llamadas “-ómicas” (genómica, de los genes, proteómica, de las proteínas, transcriptómica, del ARN, etc).

Optimización de ensayo clínicos. Permiten una evaluación más rápida y segura de la eficacia y los posibles efectos secundarios de los medicamentos antes de pasar a las fases de ensayos clínicos con humanos. De esta manera, también se puede acelerar el tiempo de llegada al mercado del medicamento. Además, mejoran la capacidad de reclutamiento de sujetos para esos pacientes. No es lo mismo participar en un ensayo clínico tú mismo que aceptar que lo haga tu gemelo digital.

Imagen de Erol, Tolga & Mendi, Arif & Dogan, Dilara. (2020). The Digital Twin Revolution in Healthcare. 1-7. 10.1109/ISMSIT50672.2020.9255249.

Predicción de evolución de enfermedades contagiosas

En este caso, los gemelos digitales lo serían no de un órgano o un paciente, sino de una población completa. Un ejemplo muy claro sería su utilización para predecir olas pandémicas o aparición de brotes de enfermedades contagiosas.

Gestión y diseño de hospitales

Se han desarrollado gemelos digitales que son capaces de mejorar la gestión completa de un hospital o incluso un sistema de salud completo. Gracias a ellos se mejoran los flujos de trabajo, aumenta la eficacia en la gestión de recursos o la respuesta para hacer frente a recortes presupuestarios, se cambian los procesos de atención al paciente para mejorar su bienestar, se mejora la cadena de suministros… Un ejemplo concreto es la mejora en las unidades de trauma. En ellas, el proceso de recogida de información comienza incluso antes de la llegada del paciente al hospital, in situ, en el lugar del accidente. Esto permite una atención más rápida y eficaz cuando el paciente ya está en la unidad de trauma o en la UCI.

Conclusiones

Aunque aún estos gemelos digitales para aspectos sanitarios están en sus inicios, van a ser una herramienta que puede acercarnos muchísimo a la medicina personalizada. Además, harán que la industria de la salud funcione de una manera más eficaz y rápida. Uno de los principales retos que tiene es la velocidad. Por poner un ejemplo, ahora mismo se tardan unos pocos días en generar un gemelo digital del corazón de un paciente enfermo. Aunque es poco tiempo, necesitamos que sea aún menor para casos urgentes.

Otro aspecto importante es la adquisición de datos. Adquirir datos procedentes de tantas fuentes (teléfonos, relojes inteligentes, chips de ADN, resonancias…) y en tantos formatos e integrarlos adecuadamente puede ser muy complicado.

A pesar de estos retos y alguna otra dificultad añadida, se prevé que el uso de gemelos digitales se extienda en el sector salud en los próximos años.