Investigadores de la Universidad Pompeu Fabra (UPF) han dado un gran salto adelante para predecir el riesgo de fractura de cadera entre las personas con osteoporosis y evaluar la eficacia de fármacos específicos para prevenirla. La Unidad BCNMedTech del Departamento de Ingeniería de la UPF, junto con la empresa 3D-Shaper Medical, han desarrollado dos estudios líderes donde exponen un nuevo sistema computacional para predecir y prevenir el riesgo de fractura de cadera con mucha mayor precisión que los métodos clínicos más comunes en la actualidad.

Con esta línea de investigación, los investigadores quieren contribuir a la prevención y tratamiento de una enfermedad como la osteoporosis, con elevada incidencia social y graves riesgos para la salud. La disminución de la densidad mineral ósea que caracteriza a la osteoporosis afecta a la capacidad del hueso para resistir movimientos o cargas. Los mayores de ambos sexos, pero especialmente las mujeres, son el colectivo más afectado por la enfermedad; y, más allá de la edad, también pueden producirse casos de osteoporosis secundaria por problemas médicos o la ingesta de ciertos medicamentos.

Estudios para abordar dos retos clave: predecir el riesgo de fractura de cadera y la eficacia de fármacos específicos para prevenirla

Las fracturas de cadera osteoporóticas generan una alta carga social y económica y provocan un incremento del riesgo de mortalidad de entre el 20 y el 30%, por lo que su prevención es de máxima importancia. Sin embargo, los métodos diagnósticos más comunes en la actualidad-basados ​​en la absorciometría de rayos X de doble energía (DXA)-no permiten discernir entre los pacientes osteoporóticos que sufrirán fractura y quienes no lo harán. Hoy en día, también sigue siendo un reto evaluar la eficacia de los fármacos para restaurar los huesos dañados a causa de la enfermedad.

Precisamente, estos son los dos retos que abordan los estudios de la Unidad BCN MedTech (UPF) y de 3D-Shaper Medical. El primero, dedicado a mejorar la precisión en la predicción del riesgo de fractura de cadera, se ha publicado en la revista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology; y el segundo, que evalúa la eficacia de los fármacos para prevenirla, en el Journal of Clinical Densitometry. En ambos casos, los principales investigadores de los estudios han sido Jérôme Noailly (Unidad BCN MedTech de la UPF) y Ludovic Humbert (3D-Shaper Medical).

Ambos estudios parten de un nuevo sistema computacional para simular el funcionamiento del tejido óseo de la cadera, basado en la reconstrucción de imágenes 3D de esta articulación -a partir de datos facilitados por CETIR Grupo Médico- y el denominado modelo de los elementos finitos (FE). Se trata de un sistema muy común en ingeniería para medir el impacto de un movimiento o carga mecánica sobre las distintas partes de una estructura, en este caso el tejido óseo de la cadera.

Las ventajas: diagnósticos y tratamientos más precisos y menos costes clínicos

Globalmente, ambos estudios confirman que el nuevo modelo computacional es una alternativa robusta a los métodos clínicos actuales para diagnosticar y tratar la osteoporosis de cadera. Los investigadores han demostrado que la medicina computacional puede contribuir a las siguientes finalidades:

• Refinar la estratificación del riesgo de fractura de cadera por osteoporosis: para identificar a las personas con mayor riesgo de fractura entre aquellas con condiciones más vulnerables.
• Optimizar la terapia y tratamiento farmacológico: para avanzar hacia prescripciones más precisas y ajustadas a las necesidades de cada paciente.
• Reducir los costes clínicos en la prevención y tratamiento: al ofrecer un método no invasivo y eficiente para realizar un seguimiento de la salud ósea de la cadera de los pacientes.

El primer estudio simula pruebas de estrés sobre la articulación de la cadera, para predecir el riesgo de fractura de cada paciente

El primer estudio aborda la dificultad de predecir fracturas de cadera entre pacientes con osteoporosis. "Nuestro enfoque va más allá de la densidad ósea, que es lo que miden fundamentalmente los sistemas clínicos actuales. Generamos un modelo computacional 3D del fémur del paciente-hueso que forma parte de la articulación de la cadera-a partir de una imagen 2D estándar y lo sometemos a una prueba de estrés hasta el punto de rotura", explica la primera autora, Elham Alizadeh, investigadora de BCN MedTech.

Este estudio demuestra cómo métricas específicas -para medir la deformación del hueso y su resistencia al dolor frente a cargas específicas- contribuyen significativamente a diferenciar qué grupo de pacientes puede sufrir fractura de cadera y cuál no. El nuevo sistema computacional, basado en estas métricas (o descriptores mecánicos inelásticos) permite obtener mejores resultados que los sistemas de diagnóstico estándar en la actualidad. Se testeó con éxito con un grupo de 128 mujeres, la mitad de las cuales había sufrido una fractura de cadera.

El segundo estudio crea un gemelo digital de la cadera para evaluar la eficacia personalizada de fármacos específicos

El segundo estudio aplica la tecnología del denominado gemelo digital para la evaluación de los tratamientos para la osteoporosis. Los investigadores han simulado los efectos de los tratamientos farmacológicos más comunes entre 155 pacientes con osteoporosis sobre el hueso del fémur -en la parte correspondiente a la articulación de la cadera- a lo largo del tiempo. En este caso, los pacientes eran mujeres y hombres de edades en torno a los 40 años que no se habían realizado tratamientos previos por osteoporosis o que pudieran haber alterado su metabolismo óseo. Los modelos computacionales han permitido examinar con profundidad los cambios mecánicos inducidos por estos fármacos, proporcionando datos precisos sobre sus efectos en cada paciente.

"Hemos demostrado que los modelos de elementos finitos basados ​​en 3D-DXA son lo suficientemente sensibles para cuantificar los beneficios mecánicos de tratamientos farmacológicos específicos", concluye Carlos Ruiz Wills (UPF), primer autor de este segundo estudio, también investigador de BCN MedTech. Esto abre la puerta a grandes avances en la línea de la medicina personalizada, puesto que este modelo permitiría probar virtualmente qué fármaco ofrece el mejor resultado para un paciente específico antes de su prescripción.

Artículos de referencia:

Alizadeh Elham, Ruiz Wills Carlos, del Rio Luis , Di Gregorio Silvana, Humbert Ludovic, Noailly Jérôme. Inelastic mechanical descriptors for osteoporotic hip fracture discrimination with 3D-DXA-based nonlinear finite element models. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, Vol. 13 (2025).  https://www.doi.org/10.3389/fbioe.2025.1673339

Carlos Ruiz Wills, Muhammad Qasim, Renaud Winzenrieth, Silvana Di Gregorio, Luis Del Río, Ludovic Humbert, Jérôme Noailly. Analyzing the effect of osteoporosis drug treatments on femoral strength using 3D-DXA finite elements modelling. Journal of Clinical Densitometry, Vol.29, Issue 1 (2026). https://doi.org/10.1016/j.jocd.2025.101663.