El dolor de columna lumbar es el problema musculoesquelético más extendido en la población, con un gran impacto económico y social. Según datos de 2017, los años vividos con discapacidad causada por el dolor lumbar han aumentado en más del 50% desde 1990, especialmente en los países de ingresos bajos y medios (PIBM). Es además la principal causa de absentismo laboral y la dificultad de establecer un diagnóstico claro limita las opciones de tratamiento, el cual se suele centrar en el tratamiento del dolor, sin poder proponer opciones de cura. Como consecuencia, la gente afectada por lumbalgia con dolor crónico se encuentra muchas veces en una situación de gran incomprensión frente a este problema de salud. La dificultad para los profesionales de la salud es que las causas de lumbalgia son múltiples y difícilmente identificables. La degeneración de los discos intervertebrales lumbares suele causar más de un tercio de las lumbalgias. Si bien entender mejor esta degeneración puede aportar grandes beneficios para el tratamiento y la gestión de la lumbalgia, la degeneración de los discos intervertebrales lumbares es extremadamente multifactorial y sus mecanismos muy pocos comprendidos, a pesar de los progresos en investigación experimental y clínica.

Investigadores del área de Biomecánica y Mecanobiología (BMMB) de la unidad de investigación en ingeniería biomédica, BCN MedTech, de la UPF, dirigida por el investigador Jerome Noailly llevan más de 10 años trabajando en el desarrollo de modelos por ordenador que puedan reflejar los mecanismos asociados a la degeneración de los discos intervertebrales. Estos modelos acoplan mecánica y biología. Permiten generar información no directamente medible, para descubrir palancas que puedan frenar o desactivar los procesos degenerativos que ocurren además de los efectos del envejecimiento natural en ciertas personas. En los últimos años se han inspirado en el modelado utilizado en biología de sistemas para crear un modelo por ordenador para entender las complejas interacciones celulares que ocurren en el interior de los discos intervertebrales. Los resultados han sido publicados en la revista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology y forman parte de la tesis doctoral de la investigadora Laura Baumgartner.

“El estudio integrado de todos los estímulos a nivel experimental es muy complicado y lleva un coste económico muy alto, pero la combinación con la investigación computacional nos permite aproximar la respuesta celular en un entorno complejo.”

Los discos intervertebrales son grandes sacos gelatinosos compuestos en un gran porcentaje por agua, hasta el 80% del volumen en su zona central. Como unas esponjas, si pierden agua se aplastan por la presión ejercida por el cuerpo. La deshidratación de los discos es común en caso de degeneración y por el momento no hay un tratamiento para volver a hidratar los tejidos afectados. Lo que están haciendo investigadores como Laura Baumgartner es tratar de comprender las razones y dinámicas de esta deshidratación y degeneración.

“El objetivo de los modelos que realizamos es ver qué actividad hay en las células en diferentes regiones del tejido central del disco intervertebral, el Núcleo Pulposo, donde se asume que comienzan los procesos degenerativos”, explica Baumgartner. “Lo que pretendemos es integrar el efecto combinado de varios estímulos en la actividad celular y ver qué efectos tenían”.

Las células de los discos intervertebrales responden a una gran cantidad de estímulos. Estos estímulos están regulados en gran medida por la carga mecánica causada por la actividad física de una persona. Por un lado, la célula siente esta carga en su superficie, y por el otro, dichas cargas afectan también las concentraciones de estímulos bioquímicos en el contorno celular, como el entorno inflamatorio, el nutricional, etc.

“El estudio integrado de todos los estímulos a nivel experimental es muy complicado y lleva un coste económico muy alto”, continúa Baumgartner, “pero la combinación con la investigación computacional nos permite aproximar la respuesta celular en un entorno complejo.”

Los investigadores han llevado a cabo una metodología verdaderamente interdisciplinaria, que esperan ver replicada cada vez más, que consiste en el manejo integrado del trabajo experimental con muestras in vitro, y el trabajo de modelado con métodos matemáticos y computacionales (in silico).

Para realizar los experimentos in vitro, Baumgartner realizó una estancia de 4 meses en el Laboratorio de Tecnología Ortopédica de la Universidad ETH Zurich. En ellos examinó el comportamiento celular ante diferentes variables, por ejemplo ante diversos niveles de concentración de glucosa, y midió la producción de factores de inflamación, la expresión génica de las proteínas estructurales que conforman los tejidos el disco intervertebral, la de enzimas que se encargan de degradar esas proteínas estructurales y, finalmente, la viabilidad celular (el número de células vivas que hay).

La integración de los datos de estos experimentos in vitro fue crucial para afinar el modelo computacional. “Al combinar de una manera óptima dos disciplinas de investigación, logramos tener una metodología eficiente para entender regulaciones muy complejas en un tejido, lo cual finalmente aumenta nuestro entendimiento de procesos degenerativos”, declara Baumgartner.

El siguiente paso de la investigadora es añadir más tipos diferentes de estímulos, incluidos el impacto de los estímulos mecánicos. En el laboratorio de Noailly llevan años desarrollando modelos computacionales de diferentes tejidos del cuerpo humano. Con relación al modelo en cuestión, el objetivo es integrar la respuesta celular a cargas mecánicas experimentadas en nuestro día a día, como dormir, caminar, conducir un auto o caminar con una mochila pesada en la espalda. “El resultado de la investigación de Laura es un excelente ejemplo de una prueba de concepto de la metodología nueva que hemos desarrollado que nos permite trasladar la información experimental en parámetros adecuados para modelos computacionales. Poder pasar del laboratorio a la clínica es clave, pero es un gran reto también. En un futuro los datos de contorno que daremos al modelo se podrán afinar mucho más utilizando información específica de cada paciente y así, quizás, lograr un modelo personalizado para cada uno de ellos”, concluye el profesor Noailly investigador principal de este laboratorio de investigación y coautor de la publicación.

Trabajo de referencia:

Baumgartner L, Sadowska A, Tío L, González Ballester MA, Wuertz-Kozak K and Noailly J (2021) Evidence-Based Network Modelling to Simulate Nucleus Pulposus Multicellular Activity in Different Nutritional and ProInflammatory Environments. Front. Bioeng. Biotechnol. 9:734258. doi: 10.3389/fbioe.2021.734258

Las inundaciones son el desastre natural que más daños provoca anualmente en el mundo. Valerio Lorini (JRC-UPF), Javier Rando (UPF), Diego Saez-Trumper (Wikimedia), Carlos Castillo (UPF) son los autores de un trabajo que presentarán en la 17ª International Conference on Information Systems for Crisis Response and Management (ISCRAM2020),Virginia Tech in Blacksburg, Virginia (EE.UU.), del 24 al 27 de mayo, con el título: "Uneven Coverage of Natural Disasters in Wikipedia: the Case of Floods".

Un trabajo que corresponde a una línea de investigación que lidera Carlos Castillo, coordinador del Grupo de Ciencia en web y Computación Social (WSSC) en el Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF, dentro de una colaboración activa que tiene con el Joint Research Center (JRC), el organismo que asesora en temas científicos y técnicos a la Comisión Europea. El investigador principal de la comunicación es Valerio Lorini (JRC-UPF), estudiante del programa de doctorado en TIC de la UPF, que está siendo supervisado por Carlos Castillo, coautor junto con Javier Rando, estudiante del grado en Ingeniería Matemática en Ciencia de Datos de la UPF.

Wikipedia es una valiosa fuente de datos gratuita que podría ser beneficiosa para investigadores que trabajan en la reducción del riesgo de desastres si se identifican, miden y palian los sesgos

En la gestión de desastres naturales, el acceso a datos no oficiales ofrece la oportunidad de tener un tipo de información diferente al disponible por otros medios. Puede servir también para detectar sesgos en los contenidos informativos. "Pensamos que Wiquipedia es una valiosa fuente de datos gratuitos, y que podría ser beneficiosa para investigadores que trabajan en la reducción del riesgo de desastres si se identifican, miden y palien los sesgos", afirma Castillo.

En su estudio, los autores, se han centrado en la versión inglesa de Wikipedia, la que consideran, con diferencia, la versión más completa de esta enciclopedia. Wiquipedia, una enciclopedia producida de manera colaborativa, contiene información detallada sobre muchos desastres naturales y humanos, sobre todo cuando los incidentes tienen un gran número de víctimas mortales, y sus editores son especialmente diestros en añadir información a tiempo real, a medida que se va produciendo la crisis.

La tendencia a cubrir los acontecimientos en países desarrollados es mayor que en los países pobres

Como fuente de información relacionada con desastres naturales, los autores muestran que la Wikipedia la tendencia a cubrir los acontecimientos en países desarrollados es mayor que en los países pobres. Efectuando un análisis de contenido automático cuidadoso a gran escala, "mostramos cómo la cobertura de las inundaciones en la Wikipedia se decanta hacia los países ricos de habla inglesa, en particular de EE.UU. y Canadá", afirman en su trabajo. "Observamos igualmente que la cobertura de las inundaciones de los países con ingresos más bajos, así como la de los países de América del Sur, es sustancialmente inferior a la cobertura de las inundaciones de los países de renta media", añaden.

Para esta investigación los autores han estimado la cobertura de las inundaciones en la Wikipedia teniendo en cuenta muchas variables: el producto interior bruto (PIB), la renta nacional bruta (PNB), la ubicación geográfica, el número de hablantes ingleses, las víctimas mortales y varios índices que describen el nivel de vulnerabilidad de un país.

Han identificado un conjunto de referencias fiables sobre inundaciones

Con el apoyo de hidrólogos, una de las aportaciones de este trabajo son un conjunto de referencias validadas de varias organizaciones independientes que recopilan datos sobre inundaciones con diferentes finalidades: aseguradoras, organismos gubernamentales, ONU, etc. Todos ellos recopilan datos sobre inundaciones a escala global y tienen disponibles bancos de datos fiables para trabajar y comparar.

Una vez identificadas las fuentes de información, los autores pasaron a la fase experimental del estudio. Empleando 458 eventos que habían sido calificados de forma fehaciente como inundaciones, según los registros de dos o tres fuentes de datos fiables: la europea Floodlist; The Emergency Events Database (EM-DAT) de las Naciones Unidas, y la Dartmouth Flood Observatory (DFO) de la Universidad de California (EE.UU.), los autores compararon estos datos con las entradas en la Wikipedia para localizar estos eventos y ver si había o no concordancia con las fuentes de datos contrastados en términos de ubicación y referencias temporales.

"Los resultados de nuestro análisis son coherentes a lo largo de varias dimensiones, y dibujan un cuadro en el que la cobertura de Wikipedia está sesgada hacia algunos países, particularmente aquellos que están más industrializados y tienen grandes poblaciones de habla inglesa, y en detrimento de otros países, particularmente con menos ingresos ya la vez más vulnerables", indican los autores.

Los resultados señalan que, las herramientas que utilizan datos de las redes sociales o plataformas colaborativas deben ser evaluadas cuidadosamente para evitar sesgos, y que los editores de Wiquipedia deben hacer un mayor esfuerzo para cubrir los desastres de los países con más necesidades. Estos resultados corresponden sólo a un posible tipo de desastre natural, las inundaciones, pero podrían igualmente considerar para su estudio otros tipos de eventos.

Trabajo de referencia:

Valerio Lorini, Javier Rando, Diego Saez-Trumper, Carlos Castillo (2020), "Uneven Coverage of Natural Disasters in Wikipedia: the Case of Floods". Comunicación que se presentará al congreso ISCRAM 2020, 17th International Conference on Information Systems for Crisis Response and Management, Virginia Tech in Blacksburg, Virginia (EE.UU.), del 24 al 27 de mayo.