La Fundación Valle del Lili comenzó una investigación pionera en su campo para rastrear el genoma del Pacífico

Antecedente: IA para identificar enfermedades raras en población colombiana

Las tecnologías basadas en Inteligencia Artificial (IA) tienen la capacidad de procesar grandes cantidades de información para encontrar patrones, constantes, tendencias, así como cambios en realidades específicas, de modo que sus resultados puedan apoyar en la toma de decisiones más efectivas dentro de algunas áreas fundamentales para la sociedad, entre ellas, la medicina. No obstante, debido a que la IA cuenta con modelos de aprendizaje automático enfocados en las realidades de sociedades desarrolladas, como las de Europa y Norteamérica, principalmente, entonces resultan ineficaces para aplicarse en contextos diversos, como los de Asia, África y, en este caso, de Latinoamérica.

Por esta razón, un campo de la investigación médica busca perfeccionar el desempeño de estas tecnologías para que puedan utilizarse en poblaciones más específicas, puesto que partiendo de sus hallazgos, los investigadores proponen nuevos tratamientos y mejoran procesos de diagnóstico.

En este sentido, buscando ampliar el alcance de la IA aplicada en medicina, apunta el más reciente estudio científico realizado en la Fundación Valle del Lili, que fue desarrollado por un equipo de investigadores colombianos y españoles, y cuyos resultados se compartieron con la comunidad médica internacional el pasado 27 de abril, a través de un artículo publicado en Scientific Reports, medio especializado del grupo editorial Nature.

El equipo que desarrolló esta investigación, reunió a médicos y especialistas de múltiples disciplinas, como el antropólogo Luis M. Echeverry-Quiceno y la doctora Neus Martínez-Abadías, especialista en antropología biológica, ambos del Departamento de Biología Evolutiva, Ecología y Ciencias Ambientales de la Universidad de Barcelona. Así como a los doctores Estephania Candelo, Eidith Gómez, Paula Solís, Diana Ramírez, Diana Ortiz, Juan Carlos Cuéllar y Harry Pachajoa, todos ellos del Centro de Investigaciones en Anomalías Congénitas y Enfermedades Raras (CIACER) de la Universidad Icesi, el servicio de Genética Clínica y el Centro de Investigaciones Clínicas (CIC) de la Fundación Valle del Lili.

El artículo titulado ‘Características faciales y precisión diagnóstica en enfermedades genéticas y raras en una población mestiza colombiana con rasgos étnicamente específicos’, parte de la investigación realizada entre los años 2021 y 2022, con la que buscaron comprobar algunos métodos de diagnóstico para cuatro enfermedades genéticas y/o raras, que se presentan con dismorfología facial, es decir, alteraciones en el rostro del paciente. Las enfermedades analizadas fueron el síndrome de Down (DS), síndrome de Morquio (MS), síndrome de Noonan (NS) y neurofibromatosis tipo 1 (NF1), en una población latinoamericana, particularmente, en 51 pacientes que reciben tratamiento en la Fundación Valle del Lili, así como otras 79 personas sin diagnóstico para contrastar.

El análisis consistió en caracterizar el rostro de los pacientes a nivel morfométrico, estableciendo 18 puntos faciales, que sirvieron como coordenadas para medir las deformaciones causadas por las enfermedades. Para lograrlo fue necesario, en un trabajo de campo, realizar sesiones fotográficas con cada persona que participó en el estudio. Las fotos se utilizaron para crear imágenes 2D, a partir de las cuales un software llamado Dlib, identificó las coordenadas en cada rostro.

Sumado a esto, a través de un análisis cuantitativo, las diferencias faciales que presentaron los pacientes se identificaron con la metodología de morfometría geométrica (Euclidian Distance Matrix Analysis o EDMA).

Finalmente, las fotografías se contrastaron en una aplicación de IA basada en algoritmos de aprendizaje automático, desarrollada para identificar rasgos faciales y detectar 216 síndromes distintos, entre ellos, los seleccionados en el estudio. La app Face2Gene fue patentada en 2019, y está alimentada con más de 17.000 imágenes faciales de síndromes y trastornos congénitos, los cuales le permiten arrojar diagnósticos no definitivos, con un 65% de precisión, partiendo solo de una fotografía.

Sin embargo, como la IA está basada en imágenes faciales, en su mayoría de personas europeas y norteamericanas, los investigadores comprobaron que esta herramienta genera diagnósticos de alta precisión solo para estas poblaciones en las que se han entrenado sus algoritmos de aprendizaje automático. Por esta razón presenta un sesgo poblacional al momento de analizar personas con ascendencias diversas, dejando sin representación a quienes descienden de ancestros africanos o de mestizajes latinoamericanos. Ante esta desigualdad reflejada en la falta de bases de datos que alimenten y perfeccionen estas herramientas de IA, los investigadores llamaron la atención de la comunidad médica.

“Como conclusión, nuestra investigación destaca la necesidad crucial de considerar la ascendencia poblacional en la mejora de los métodos de diagnóstico para enfermedades genéticas y/o raras. Demostramos que la incorporación de poblaciones diversas puede llevar a una mayor precisión diagnóstica y, en última instancia, garantizar que todas las personas reciban la atención y tratamiento adecuados, independientemente de su ascendencia”, afirmó la doctora Candelo, una de las autoras del estudio.

De acuerdo a esto, los resultados de la investigación abrieron un campo poco explorado en la medicina mundial y de gran repercusión en el acceso a la salud para sociedades como la colombiana.

Expedición Genoma Pacífico

El Pacífico colombiano es un territorio aislado en muchos niveles, desde tiempos de la colonia sus pobladores se instalaron en zonas remotas, dificultando sus medios para entrar en contacto con el resto del país. Estas condiciones históricas limitaron su desarrollo económico y social, afectando igualmente el acceso a la salud y el conocimiento, consecuencias que hoy siguen vigentes. Además, este aislamiento generó un vacío de información sobre las particularidades genéticas y patológicas de estas comunidades.

Así lo explica el doctor Harry Pachajoa, médico genetista de la Fundación Valle Lili y director del Centro de Investigaciones en Anomalías Congénitas y Enfermedades Raras de la Universidad Icesi (CIACER), “por el aislamiento, estas poblaciones son más propensas a tener enfermedades genéticas, especialmente de origen recesivo. Esto quiere decir que se forman a partir de dos genes alterados, normalmente de papá y mamá, algo común cuando personas de una misma familia, primos y primas, por ejemplo, tienen hijos. Y en estas regiones, por su ubicación distante y poco contacto con otras poblaciones, se propician más relaciones de este tipo, aumentando la posibilidad de patologías congénitas”.

De hecho, complementa el doctor Pachajoa, “en algunas investigaciones reportamos una prevalencia o representación mayor de enfermedades congénitas en las culturas que habitan desde hace miles de años en el Pacífico, incluso esto se evidencia en el arte cerámico prehispánico, y actualmente notamos que hay reportes de enfermedades genéticas en esta región”.

Macroproyecto de investigación

Partiendo de estos antecedentes, el Centro de Investigaciones Clínicas (CIC) de la Fundación Valle del Lili y el CIACER de la Universidad Icesi, iniciaron el proyecto Expedición Genoma Pacífico, una investigación pionera en la medicina genética, que tiene como principal objetivo mapear el genoma particular de los habitantes de esta región colombiana, que comprende los departamentos de Valle, Cauca, Nariño y Chocó.

“El objetivo es identificar la frecuencia de enfermedades congénitas, huérfanas o raras, que se presentan en esta zona del país, aislada por diferentes temas sociales”, aclara la doctora Laura Ordóñez, médica investigadora de la Fundación Valle del Lili, y miembro del equipo de Expedición Genoma Pacífico.

La doctora Ordóñez menciona que hay otros dos aspectos muy relevantes que los motivan para desarrollar esta investigación, y en ellos está manifiesta la vocación social de la Fundación Valle del Lili, “uno es lograr identificar los patrones poblacionales asociados a la aparición de enfermedades raras y, con ello, facilitar el acceso a la salud y tratamientos especializados”.

En este sentido, los resultados de esta investigación pueden ayudar a cerrar significativamente la brecha histórica en salud que afecta al Litoral Pacífico.

Al respecto, el doctor Pachajoa, no duda en afirmar que “se trata de un macroproyecto, muy importante, que apenas está en su primera fase, pero que se tomará al menos tres años, tiempo en el cual podemos tener unos resultados sólidos”.

Cabe resaltar que esta nueva investigación tiene una correspondencia directa con los resultados del estudio publicado el 27 de abril en Scientific Reports, donde se demostró la necesidad de investigar “la ascendencia de la población en el fenotipo facial asociado con trastornos genéticos y raros”, haciendo énfasis en “poblaciones mixtas con diversas contribuciones de ascendencia amerindia, africana y europea” cuyas particularidades genéticas no han sido identificadas hasta la fecha, como en el caso de la población del Pacífico colombiano.

“El proyecto Expedición Genoma Pacífico surge también de esa investigación que realizamos en 2021, que buscaba mejorar el uso de IA para detección de fenotipos faciales, ahora la idea de este nuevo proyecto apunta en la misma dirección, que es aumentar la cobertura y saber más de cómo están formados los pacientes en su ADN y qué enfermedades afectan solo ese territorio”, sostiene la doctora Estephania Candelo, médica investigadora de la Fundación Valle del Lili.

De modo que, asumiendo el compromiso científico de profundizar en un campo inexplorado para la medicina, así como reconociendo el impacto social que tendría a futuro para estas comunidades aisladas, los investigadores de la Fundación Valle del Lili y la Universidad Icesi, junto a especialistas de la Universidad de Barcelona, emprendieron la tarea de mapear el ADN de los habitantes del Pacífico colombiano.

La financiación de este y otros proyectos de investigación se da gracias a los recursos propios aportados por la Fundación Valle del Lili y la Universidad Icesi. También al apoyo recibido de empresas como Tecnoquímicas S.A., mediante el aporte de grants generales para investigación. Igualmente, en este estudio, la empresa Gencell Pharma apoya al CIACER de la Universidad Icesi.

Primer paso en la expedición

La investigación inició en mayo de 2023, con una serie de brigadas médicas para pacientes diagnosticados con enfermedades genéticas y raras, quienes reciben tratamiento en la Fundación Valle del Lili. Todos fueron vinculados de forma voluntaria y firmando un consentimiento.

En primer lugar, a cada uno de ellos se les extrajo una muestra genética, que se procesó en el laboratorio de Medicina Genómica de la Universidad Icesi, donde ya comenzaron a analizar el genoma común del Pacífico.

En la ruta que siguen los pacientes durante las brigadas, también son valorados por un genetista, que es precisamente el doctor Harry Pachajoa, director de la investigación. Esto se complementa con una descripción de las condiciones socioeconómicas del paciente y sus familiares, que se miden según la escala de calidad de vida.

Además de la caracterización genética, en Expedición Genoma Pacífico, se continúa con el registro facial morfométrico, realizando un estudio fotográfico a cada paciente, pero esta vez con mayor precisión en las imágenes, puesto que se utilizan 10 cámaras que se disparan en simultánea y permiten generar retratos en 3D.

“En la computadora utilizamos algoritmos para reconstruir un modelo en tres dimensiones del rostro, a partir de ahí empezamos el estudio morfológico utilizando coordenadas de puntos de la cara, ojos, boca y nariz, que después de ser comparadas con individuos de control, ayudan a detectar y cuantificar las diferencias faciales que produce la enfermedad en esta población”, explica la doctora, Neus Martínez-Abadías, antropóloga biológica y miembro del Departamento de Biología Evolutiva, Ecología y Ciencias Ambientales de la Universidad de Barcelona, y quien apoya la investigación desde esta área.

Pero en los tres años proyectados, no solo se realizarán brigadas en las instalaciones de la Fundación Valle del Lili, como asegura el doctor Pachajoa, “el segundo paso es llegar a estas poblaciones apartadas en el Pacífico, a través de programa institucional Hospital Padrino, y comenzar a identificar más pacientes para completar la muestra”. El estudio requiere 200 pacientes en total, cada uno con sus padres, puesto que son fundamentales para analizar el genoma compartido.

Finalmente, el estudio de las enfermedades raras de origen genético en el Pacífico colombiano generará un impacto no solo académico y de investigación de alto nivel, sino que será un conocimiento que ayudará a la población en general, por eso la alianza entre la Universidad Icesi y la Fundación Valle del Lili, con el apoyo de las donaciones de la empresa privada, permite seguir ayudando a las poblaciones más necesitadas u olvidadas de esta región del país.