Combinando matemáticas, biología, informática e ingeniería, cuatro estudiantes universitarios y su mentor, el Dr. Hueyeon Ryu, están desarrollando un modelo matemático en un proyecto de tres años y 300.000 dólares financiado por la Fundación Nacional de Ciencias. En el proceso, encuentran sus caminos futuros.
Llámelos «descifradores de códigos Covid».
Con las últimas investigaciones y habilidades en matemáticas, biología, ingeniería e informática, las mentes más brillantes de Elon están trabajando juntas para desentrañar los misterios médicos del COVID-19 en un proyecto de investigación financiado por $300,000 de la Fundación Nacional de Ciencias.
Su misión es crear un modelo matemático de ecuaciones complejas que prediga cómo responderá el sistema inmunológico humano al virus. Al capturar las innumerables formas en que nuestros cuerpos responden al COVID-19, su modelo podría guiar investigaciones futuras, nuevos tratamientos y salvar vidas.
«Queremos proporcionar un modelo de hacia dónde debe dirigirse la investigación médica», dijo Ayesh Awad ’24, miembro del equipo principalmente responsable de afinar las ecuaciones del modelo. «Si quieres construir un coche, no entras en una instalación y empiezas a construir. Hay que prototipar, dibujar, modelar y modelar. Lo mismo sucede en medicina, y el modelado matemático es una forma más eficiente de iniciar experimentos reales».
Dirigido por el profesor asistente de Matemáticas Hweyeon Ryu, un equipo de estudiantes universitarios Awad, Roni Dahdal ’26, Mary Hermes ’24 y Karissa Potter ’24 pasaron el verano y el otoño pasado ampliando el modelo inicial creado por el equipo anterior. Validar la precisión de su modelo y sus predicciones requirió que siguieran los estudios y la literatura emergentes sobre el virus. También los conecta con investigadores de todo el mundo e incluye la tutoría del recién graduado de Elon, Thomas Wilson ’23, que está cursando una maestría en inmunología.
La Fundación Nacional de Ciencias otorgó a Ryu una subvención de tres años en la primavera de 2022 luego de una investigación colaborativa con profesores y estudiantes de la Universidad Wake Forest. La visión de Ryu era crear un equipo de estudiantes de Elon de diferentes especialidades STEM que pudieran descifrar la investigación en torno al COVID-19 a través de sus disciplinas individuales y luego guiarse entre sí mientras comunicaban sus hallazgos.
«La diversidad y la dinámica del grupo han sido beneficiosas para todos», dijo Ryu. “Aprendemos unos de otros y maximizamos la energía sinérgica de nuestras experiencias y orígenes. Nuestros logros el año pasado fueron sorprendentes y esperamos con ansias los próximos pasos para crear resultados modelo que cuenten una buena historia”.
El modelo incluye 12 componentes, cuatro de los cuales son pequeñas proteínas llamadas citoquinas que pueden regular la respuesta inmune del cuerpo. El equipo de Elon está particularmente interesado en replicar una respuesta inmune conocida como «tormenta de citocinas», cuando la liberación excesiva de citocinas causa inflamación que puede dañar el cuerpo.
«Es emocionante estudiar algo relacionado con la COVID porque sigue siendo relevante y afecta a las personas», afirmó Hermes. «Aprecio que el trabajo que estamos haciendo tenga aplicaciones en el mundo real y que podamos ver el impacto».
Sus reuniones semanales son como un juego interdisciplinario de papa caliente, y cada uno aporta nueva información o conocimientos de sus campos.
Potter es un estudiante de estadística con especialización en biología de Gastonia, Carolina del Norte, quien es responsable de comparar los resultados del estudio recientemente publicado. Awad, un becario de Lumen de Amman, Jordania, y Hermes, Bethesda, Maryland, se especializa en matemáticas y en ingeniería con concentraciones en biomédica. Dahdal, estudiante emérito de Ciencias de la Computación de Wake Forest, Carolina del Norte, desempeñará un papel decisivo en la realización de análisis de sensibilidad que respalden el modelo final, que el equipo presentará esta primavera en la Conferencia Nacional de Investigación de Pregrado en Long Beach, California.
Comparan el proceso con aprender a traducir un idioma para extranjeros.
«A veces rebotamos muy bien entre nosotros», dijo Potter. “Mary, Ayesh y yo juntamos biología y matemáticas, y luego llega Ronnie con una codificación que soluciona las cosas. Y a veces es frustrante porque todos explicamos la misma cosa complicada de diferentes maneras, pero no nos damos cuenta».
El primer equipo de investigadores universitarios construyó el modelo inicial en agosto de 2022 e incluyó a Wilson, Hermes, Lauren Hill ’24 y Griffin Face ’24. Ryu atribuye particularmente a Wilson el papel decisivo en el proyecto, uniendo la biología y la informática. Wilson también dirigió el proyecto durante la experiencia de investigación de pregrado del verano de 2023 y continuó liderando el equipo actual mientras estaba inscrito en el programa de maestría en microbiología e inmunología de la Facultad de Medicina y Odontología de la Universidad de Rochester.
«Este proyecto de Elon fue mi primera oportunidad de estudiar infecciones virales, y es la razón por la que estudio los virus y no sólo el sistema inmunológico», dijo Wilson. Durante su carrera, quiere desarrollar tratamientos para enfermedades peligrosas como el Ébola y el dengue.
Este otoño, se trabajó en el ajuste de más de 20 parámetros del modelo. Cada uno debe ser probado con biología humana y datos clínicos limitados, «para que lo que veamos en la simulación sea lo mismo que esperamos ver biológicamente», dijo Ryu.
Ese esfuerzo los ha puesto en contacto con expertos de todo el mundo, manteniendo correspondencia con investigadores de Canadá, Europa y, más recientemente, con Adrian Jenner, profesor titular de la Universidad Tecnológica de Queensland en Brisbane, Australia.
«Este es un esfuerzo de colaboración con todos en el mundo», dijo Dahdal. “A todos les gusta contribuir a cosas interesantes, nuevas e importantes, y todos colaboran en ello. Generalmente se sorprenden de que nosotros, como estudiantes universitarios, tengamos la oportunidad de colaborar en un proyecto de este tipo.
Este proyecto es la primera vez que Ryu lidera un equipo colaborativo de estudiantes universitarios y salió mejor de lo que esperaba. Cada miembro desarrolló habilidades y descubrió nuevas trayectorias profesionales.
Potter inicialmente evitó las matemáticas, pero ahora está postulando a programas de doctorado en bioestadística con el apoyo de Ryu. Hermes ha descubierto la informática de la salud y estudia programas de posgrado en el campo. Dahdal obtuvo mentores que lo ayudaron a navegar sus siguientes años en Elon. Awad tuvo tanto éxito en la investigación colaborativa que planea inscribirse en programas de posgrado para fortalecer su visión para los negocios y sus habilidades de liderazgo para «parecerse más al Dr. Ryu».
“Entiende las fortalezas de todos y juega con ellas. No se trata de una solución única”, afirmó Awad. «Por eso logramos con éxito nuestros objetivos. Les da a todos la cantidad correcta”.
El proyecto de modelado continuará en 2024 y 2025, y posiblemente más allá, con un nuevo equipo para seguir desarrollando y refinando las ecuaciones.
«Mary dijo una vez que la diversidad es nuestra fortaleza única para nuestro crecimiento colectivo», dijo Ryu. “En Elon, normalmente pensamos en la investigación de pregrado como una experiencia individual. Estoy agradecido de poder brindar esta oportunidad a mis estudiantes de experimentar el trabajo en equipo y la investigación colaborativa”.
