Mediante el uso de inteligencia artificial para analizar decenas de miles de imágenes de rayos X y secuencias genéticas, investigadores de la Universidad de Texas en Austin y del Centro del Genoma de Nueva York han sido capaces de identificar los genes que dan forma a nuestros esqueletos, desde la anchura de los hombros hasta la longitud de las piernas, según publican en la revista 'Science'.
La investigación da información de nuestro pasado evolutivo y abre una ventana a un futuro en el que los médicos podrán predecir mejor el riesgo de que los pacientes desarrollen dolencias como el dolor de espalda o la artritis en etapas posteriores de su vida, destacan sus autores.
"Nuestra investigación es una poderosa demostración del impacto de la IA en la medicina, sobre todo cuando se trata de analizar y cuantificar datos de imagen, así como de integrar esta información con los historiales médicos y la genética de forma rápida y a gran escala", afirma Vagheesh Narasimhan, profesor adjunto de biología integrativa, así como de estadística y ciencia de datos, que dirigió el equipo multidisciplinar de investigadores, para proporcionar el mapa genético de las proporciones del esqueleto.
Evolución del ser humano y las distancias entre partes del cuerpo
Los humanos son los únicos primates de gran tamaño que tienen las piernas más largas que los brazos, un cambio en la forma del esqueleto que es fundamental para permitir la capacidad de caminar sobre dos piernas. Los científicos pretendían determinar qué cambios genéticos subyacen a las diferencias anatómicas que son claramente visibles en el registro fósil que conduce a los humanos modernos, desde los australopitecos hasta los neandertales.
También querían averiguar cómo afectan estas proporciones esqueléticas que permiten el bipedismo al riesgo de muchas enfermedades musculoesqueléticas como la artritis de rodilla y cadera, dolencias que afectan a miles de millones de personas en el mundo y son las principales causas de discapacidad en adultos en Estados Unidos.
Los investigadores utilizaron modelos de aprendizaje profundo para realizar una cuantificación automática en 39.000 imágenes médicas para medir las distancias entre hombros, rodillas, tobillos y otros puntos del cuerpo. Al comparar estas mediciones con la secuencia genética de cada persona, hallaron 145 puntos en el genoma que controlan las proporciones del esqueleto.
"Nuestro trabajo proporciona una hoja de ruta que conecta genes específicos con las longitudes esqueléticas de distintas partes del cuerpo, lo que permite a los biólogos del desarrollo investigarlas de forma sistemática", afirma Tarjinder (T.J.) Singh, coautor del estudio, miembro asociado del NYGC y profesor adjunto del Departamento de Psiquiatría de la Universidad de Columbia.
La propensión de enfermedades según el esqueleto
El equipo también examinó cómo se asocian las proporciones esqueléticas con las principales enfermedades musculoesqueléticas y demostró que los individuos con una mayor proporción entre la anchura de la cadera y la altura tenían más probabilidades de desarrollar artrosis y dolor en las caderas. Del mismo modo, las personas con una mayor proporción entre la longitud del fémur y la altura tenían más probabilidades de desarrollar artritis en las rodillas, dolor de rodilla y otros problemas de rodilla. Las personas con una mayor relación entre la longitud del torso y la altura tenían más probabilidades de desarrollar dolor de espalda.
"Estos trastornos se deben a las tensiones biomecánicas que sufren las articulaciones a lo largo de la vida -indica Eucharist Kun, estudiante de bioquímica de la Universidad de Austin y autor principal del estudio-. Las proporciones esqueléticas afectan a todo, desde nuestra forma de andar hasta cómo nos sentamos, y tiene sentido que sean factores de riesgo en estos trastornos".
Los resultados de su trabajo también tienen implicaciones para nuestra comprensión de la evolución. Los investigadores observaron que varios segmentos genéticos que controlaban las proporciones esqueléticas coincidían más de lo esperado con zonas del genoma denominadas regiones aceleradas humanas. Se trata de secciones del genoma compartidas por los grandes simios y muchos vertebrados, pero que divergen significativamente en los humanos. Esto explica genómicamente la divergencia de nuestra anatomía esquelética, señalan.
Da Vinci y su influencia
Una de las imágenes más perdurables de la Rennaisance -el 'Hombre de Vitruvio" de Leonardo Da Vinci- contenía concepciones similares de las proporciones y longitudes de las extremidades y otros elementos que componen el cuerpo humano.
"En cierto modo, nos enfrentamos a la misma cuestión que Da Vinci -subraya Narasimhan-. ¿Cuál es la forma humana básica y su proporción? Pero ahora utilizamos métodos modernos y también nos preguntamos cómo se determinan genéticamente esas proporciones".
