Diseño de una herramienta computacional para el cálculo del riesgo de fractura osteoporótica basada en un modelo de remodelación ósea.

Abstract

La remodelación ósea es un proceso ejecutado por los huesos que les permite adaptarse a su entorno mecanobiológico, conservando su estructura y funcionalidad. Este proceso les permite mantener su rigidez, resistencia y composición celular óptimas, cumpliendo así sus funciones en el cuerpo humano. Los protagonistas principales de este proceso son los osteoblastos y osteoclastos, células especializadas en la formación y reabsorción ósea, respectivamente. Cualquier desequilibrio en sus actividades puede tener consecuencias graves, como el desarrollo de enfermedades óseas, entre las cuales destaca la osteoporosis. En este contexto, la ingeniería y la matemática se unen para proporcionar herramientas que permiten analizar, simular y desarrollar tratamientos dirigidos a prevenir o mitigar los efectos de estas enfermedades. Este trabajo se enfoca en la implementación de modelos matemáticos de remodelación ósea interna para el desarrollado de dos interfaces gráficas en App Designer. Las interfaces desarrolladas tienen como objetivo principal simplificar el estudio de tratamientos para la osteoporosis postmenopausica. La primera proporciona una representación de la evolución de tres parámetros de estudio de la enfermedad: densidad ósea, fracción volumétrica de hueso y daño en tratamientos con denosumab y romosozumab. Además, también facilita la probabilidad de fractura del fémur y vertebra para un tratamiento y condiciones de carga concretos. Mientras que la segunda utiliza redes neuronales para personalizar y optimizar un tratamiento con denosumab.

Bone remodeling is a process carried out by bones that allows them to adapt to their mechanobiological environment, preserving their structure and functionality. This process allows them to maintain their optimal rigidity, resistance and cellular composition, thus fulfilling their functions in the human body. The main protagonists of this process are the osteoblasts and osteoclasts, cells specialized in bone formation and bone resorption, respectively. Any imbalance in their activities can have serious consequences, such as the development of bone diseases, including osteoporosis. In this context, engineering and mathematics come together to provide tools to analyze, simulate and develop treatments aimed at preventing or mitigating the effects of these diseases. This work focuses on the implementation of mathematical models of internal bone remodeling for the development of two graphical interfaces in App Designer. The main objective of the interfaces developed is to simplify the study of treatments for postmenopausal osteoporosis. The first one provides a representation of the evolution of three disease study parameters: bone density, bone volume fraction and damage in treatments with denosumab and romosozumab. In addition, it also provides the probability of fracture of the femur and vertebra for a specific treatment and loading conditions. The second uses neural networks to personalize and optimize a denosumab treatment.