Replicile digitale ale pacienților i-ar putea ajuta să fie mai sănătoși

Simulări ale corpului uman, dar și alte date avansate promit un tratament medical personalizat pentru o serie de afecțiuni.

Într-un laborator din capitala Italiei, Roma, Marco Evangelos Biancolini și echipa sa își testează instrumentele pe pacienți pentru a evalua eficiența unor proceduri chirurgicale.

Dar sub lama bisturiului nu sunt oameni adevărați – sunt dublurile lor digitale, proiectate pe un ecran de calculator. Fiecare astfel de dublură reflectă structura biochimică individuală a unei persoane. Acest lucru ar putea deschide ușa către următoarea frontieră în medicină: asistență medicală personalizată.

Dublurile pacienților

Prin testarea procedurilor și medicamentelor pe „gemenii digitali”, personalul medical poate stabili cele mai bune metode de tratament pentru pacienți. În cazul lui Biancolini, echipa sa studiază anevrismul, care este o dilatație sau o umflătură anormală a pereților vaselor de sânge.

„Cu siguranță nu este de dorit să facem încercări sau greșeli pe pacient, iar cu ajutorul unui geamăn digital putem exersa operația chirurgicală de mai multe ori”, a spus Biancolini, conferențiar universitar în domeniul proiectării mașinilor la Universitatea din Roma.

Acesta conduce un proiect de cercetare care a primit finanțare UE pentru a forma cercetători la începutul carierei pentru utilizări potențiale a gemenilor digitali în tratamentul și prevenirea anevrismului. Această afecțiune poate fi prezentă încă de la naștere sau poate rezulta din diferite boli, inclusiv hipertensiune arterială, plăci de grăsime sau traumatisme.

Proiectul, numit MeDiTATe,// „The Medical Digital Twin for Aneurysm Prevention and Treatment”, cordis.europa.eu // are o durată de patru ani și jumătate și se desfășoară până în iunie 2024. Acesta reunește 25 de parteneri universitari și industriali din Italia, Franța, Grecia, Norvegia și Elveția.

Debilitare mortală

Anevrismele afectează aproximativ 3%// „European Stroke Organisation (ESO) guidelines on management of unruptured intracranial aneurysms”, pubmed.ncbi.nlm.nih.gov // din populația lumii, multe persoane nefiind conștiente de existența acestei boli până nu ajunge într-un stadiu critic.

Atunci când are loc o ruptură de anevrism, consecințele sunt grave. Până la 35% dintre persoanele care suferă o ruptură de anevrism nu supraviețuiesc și doar o treime pot reveni la o viață normală după aceea.

Având în vedere natura potențial incapacitantă a acestei afecțiuni, care poate lovi în mod imprevizibil în sistemul circulator al organismului, se caută modalități de a salva mai multe vieți.

Utilizarea gemenilor digitali poate îmbunătăți detectarea semnelor de avertizare timpurie la pacienții reali, permițând luarea mai rapidă a unor măsuri de prevenție.

Cercetătorii MeDiTATe speră să mărească rata de supraviețuire a persoanelor cu anevrisme, precum și să îmbunătățească detectarea timpurie și prevenția acestora.

În cazul în care un pacient este diagnosticat sau este suspectat de anevrism, se poate crea un geamăn digital pe baza fiziologiei persoanei respective. Experții medicali pot efectua apoi teste pentru a propune un tratament personalizat.

Colectarea de date despre organismul unei persoane este dificilă în absența unor proceduri invazive, așa că cercetătorii imprimă, de asemenea, replici 3D ale pacientului pentru a aduna informații necesare pentru ca gemenii digitali să fie cât mai detaliați posibil.

„Reunind pacientul, replica și geamănul digital, încheiem cercul” spune Biancolini.

Ușor de folosit

Gemenii digitali sunt deja utilizați în domeniul cercetării, dar MeDiTATe își propune să îi facă mai ușor de folosit pentru profesioniștii din domeniul medical.

Echipa a lucrat împreună cu spitale și a colectat opinii de la personalul medical. Obiectivul este de a înțelege ce ar trebui să aibă un geamăn digital pentru a putea trage o concluzie despre anevrismul unui pacient.

Acesta vizează realizarea unor gemeni digitali pentru tratarea anevrismului viabili din punct de vedere comercial, iar membrii consorțiului MeDiTATe au depus deja mai multe brevete în acest sens.

Biancolini crede că gemenii digitali reprezintă viitorul asistenței medicale pe măsură ce vor deveni mai fiabili și mai preciși, ceea ce face ca replicile tradiționale pentru organele din corpul uman să fie mai puțin necesare.

„Numărul de prototipuri fizice a scăzut mult în ultimele decenii deoarece precizia simulărilor digitale este în prezent atât de ridicată încât poți avea încredere în ele.” a spus acesta.

Fibrilație atrială, accident vascular cerebral

Există și alți cercetători care au primit finanțări UE și care se îndreaptă către lumea digitală pentru o formă diferită a asistenței medicale.

Proiectul MAESTRIA// „Machine Learning Artificial Intelligence Early Detection Stroke Atrial Fibrillation”. cordis.europa.eu // dezvoltă o platformă pentru colectarea seturilor de date care vor ajuta doctorii să înțeleagă și să trateze fibrilația atrială – bătăi neregulate ale inimii – și accidentul vascular cerebral la pacienți. Inițiativa, care are o durată de cinci ani, se va desfășura până în februarie 2026.

Cercetătorii caută biomarkeri specifici care semnalează riscul pentru ambele boli. 

Echipa dezvoltă instrumente digitale pe baza unei generații noi de biomarkeri care integrează procesarea prin inteligență artificială și date importante din imagistica de ultimă generație, electrocardiografie și tehnologii omice pentru a îmbunătăți precizia diagnosticului și a tratamentului individual pentru pacienți. 

În UE, accidentul vascular cerebral este a doua cea mai frecventă cauză de deces// „Burden of Stroke in Europe”, ahajournals.org // și un factor important în ceea ce privește dizabilitatea adulților.

„Atunci când o persoană are fibrilație atrială și suferă un atac vascular cerebral, acesta este rezultatul unui proces patologic început cu mulți ani înainte”, a spus Stéphane Hatem, profesor de fiziologie cardiacă la Institutul de Cardio-Metabolism și Nutriție din capitala Franței, Paris.

Acesta consideră că, prin MAESTRIA, cercetătorii vor putea să demonstreze că țesutul adipos din jurul inimii este un biomarker important pentru fibrilația atrială și atacul vascular cerebral. Se preconizează că disponibilitatea unui set de date extins care examinează ambii factori la pacienți va conduce la o astfel de concluzie.

Recrutarea și testarea

Hatem, coordonatorul proiectului, și echipa sa se pregătesc pentru a testa platforma în etapa principală a proiectului.

Cercetătorii recrutează pacienți din țările europene, inclusiv Franța, Germania și Spania. Testarea se va realiza pe parcursul a doi ani și jumătate.

În cazul în care testul se dovedește a fi un succes, vor fi apoi incluse și persoane din afara Europei. Acest lucru este important pentru că seturile de date sunt mult mai utile cu cât reflectă mai mult diversitatea populației.

„Pentru a fi util în asistența clinică, este extrem de important să se valideze algoritmul pe un segment extins de populație, și nu doar în țările europen”,, a spus Hatem.

Platforma pe care o dezvoltă va fi disponibilă altor profesioniști din domeniul medical.

Persoanele care dețin diferite seturi de date le pot adăuga la platformă și pot contribui la concluziile care pot fi trase. Astfel, de exemplu, un cercetător care studiază atacul vascular cerebral în capitala Letoniei, Riga, poate furniza date și, în schimb, poate obține acces la toate informațiile de pe platformă.

Rezultatul global poate fi o înțelegere mai bună a biomarkerilor de către experții medicali și tratamente mai bine țintite – și, în consecință, mai eficiente – pentru pacienți.

Ca Biancolini, Hatem consideră că tehnologiile digitale sunt esențiale pentru îmbunătățirea asistenței medicale.

„Medicina personalizată înseamnă că poți avea o identificare foarte exactă și precisă a riscurilor pentru fiecare persoană în parte.” a spus Hatem.

Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate de UE inclusiv, în cazul MeDiTATe, prin acțiunile Marie Skłodowska-Curie (MSCA). Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.