La primera plataforma 3D para simular el comportamiento de los peces cebra podría reemplazar la necesidad de animales vivos para la investigación científica. De acuerdo con un equipo de investigación, encabezado por el Profesor Maurizio Porfiri, se ha desarrollado el primer sistema de modelaje 3D exitoso sobre el movimiento que tienen los peces cebra, que en los últimos años se ha convertido en una de las especies más usadas en ciertas investigaciones biomédicas.
Cada año, aproximadamente 20 millones de animales son usados en investigación científica. Curiosamente los peces cebra han tenido mucha aceptación entre los científicos y han eclipsado rápidamente a los roedores y primates, convirtiendo a los peces en los más favorecidos en la investigación biomédica por su similitud genética con los seres humanos. Sin embargo, no faltan las voces de ecologistas, de sociedades en favor de las diferentes especies, que no están de acuerdo con el hecho de usar animales para la investigación científica. Por ello, se requiere de explorar alternativas como la que puede ser usar modelos computarizados que podrían ayudar a reducir el uso de animales sin la necesidad de comprometer los resultados.
El equipo comandado por Porfiri, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial, de la Universidad de Nueva York, ha desarrollado el primer entorno de modelaje basado en datos que puede simular los peces cebra nadando en 3 dimensiones. En alguna medida, y para ciertas investigaciones en particular, es una opción potencial para reemplazar a los animales por modelos matemáticos y por ende, de cómputo.
Los hallazgos se publicaron en Scientific Reports. El artículo lleva por nombre “In-silico Experiments of Zebrafish Behavior: Modeling Swimming in Three Dimensions”, y está escrito por Porfiri, Violet Mwaffo y Sachit Butail.
Hay muchas analogías en el comportamiento de los peces y la ingeniería financiera, de acuerdo a Mwaffo, quien ha trabajado por mucho tiempo en este tema. El grupo entonces hizo progresos rápidos para modelar a los peces cebra primero en un ambiente 2D, desarrollado en el 2015. El modelo 3D tiene variables como modulación de la velocidad, interacción con las paredes así como los movimientos típicos de estos peces en ciertas condiciones. Estas mejoras han permitido experimentar “en silicio”, es decir, de manera simulada de forma tal que hace mucho más eficiente el tiempo de análisis porque con animales vivos las cosas suelen ser mucho más lentas y en muchos casos los experimentos planteados pueden llevar meses.
“Proponemos este modelo del pez cebra durante las etapas pre-clínicas de la investigación”, comenta Porfiri. Desde luego que es muy difícil reemplazar las pruebas con animales reales, pero se espera usar estos modelos para reducir el número de animales vivos en la investigación y pruebas. El modelo desarrollado por los científicos corrió a cargo del trabajo pos-doctoral de Butail gracias a un nuevo modelo para monitorear el comportamiento de los peces.
Para demostrar el uso del modelo, los autores fueron a la literatura científica para recolectar datos sobre la velocidad de los peces cebra en los acuarios de diferentes dimensiones en laboratorios de todo el mundo. Los investigadores observaron que hay una correlación entre el tamaño del tanque y la velocidad de los peces, y tal correlación se anticipa en los experimentos modelados con la computadora. Descubrir esa correlación podría haber requerido miles de animales, mientras que usando la computadora todo se redujo a un par de minutos de cálculos del modelo.
Es evidente que estos resultados son prometedores pero simular el comportamiento de estos peces, que aunque parezca sencillo puede ser muy complejo, es un trabajo que no está concluido. Los siguientes pasos exploran la interacción social y la respuesta a los estímulos ingenieriles y al deseo de seguir vivos.
Referencias:
Violet Mwaffo et al, In-silico experiments of zebrafish behaviour: modeling swimming in three dimensions, Scientific Reports (2017).
Journal reference: Scientific Reports