V laboratóriu v talianskom hlavnom meste Rím Marco Evangelos Biancolini a jeho tím skúmajú pacientov, aby zistili účinnosť rôznych chirurgických zákrokov.

Pod skalpelom však nie sú skutoční ľudia – sú to ich digitálne “repliky” premietnuté na počítačovej obrazovke. Každá z nich odráža individuálnu biochemickú štruktúru človeka. To by mohlo otvoriť dvere k ďalšej hranici medicíny: personalizovanej zdravotnej starostlivosti.

Dvojníci pacientov

Testovaním metód a liekov na “digitálnych dvojníkoch” môže zdravotnícky personál určiť najlepšie spôsoby liečby pre samotných pacientov. V Biancoliniho prípade jeho tím skúma aneuryzmy, čo sú abnormálne vydutiny alebo opuchy v stenách krvných ciev.

„Určite nechceme robiť pokusy a omyly na pacientovi, ale s digitálnym dvojčaťom môžeme operáciu vyskúšať mnohokrát,“ povedal Biancolini, docent strojového dizajnu na Rímskej univerzite.

Biancolini vedie výskumný projekt, ktorý získal finančné prostriedky EÚ na školenie začínajúcich výskumníkov v oblasti potenciálne širokého využitia týchto digitálnych dvojčiat na liečbu a prevenciu aneuryziem. Tieto postihnutia môžu byť u ľudí prítomné od narodenia alebo môžu byť dôsledkom ochorení vrátane vysokého krvného tlaku, tukových nánosov a úrazov.

Projekt s názvom MeDiTATe trvá štyri a pol roka a potrvá do júna 2024. Spolupracuje na ňom 25 akademických a priemyselných partnerov z Talianska, Francúzska, Grécka, Nórska a Švajčiarska.

Aneuryzma

Aneuryzma sa vyskytuje približne u 3 % svetovej populácie, pričom mnohí ľudia ani nevedia, že majú toto ochorenie, kým nie je príliš neskoro.

Keď aneuryzma praskne, následky sú vážne. Až 35% ľudí, ktorí utrpia prasknutú aneuryzmu, zomiera. Len tretina sa po nej môže vrátiť do normálneho života.

Pri takomto potenciálne vyčerpávajúcom stave – ktorý môže zasiahnuť kedykoľvek a kdekoľvek v obehovom systéme tela – sa hľadajú spôsoby, ako zachrániť viac životov.

Digitálne dvojčatá môžu zlepšiť odhaľovanie včasných varovných príznakov u aktuálnych pacientov, čo umožní rýchlejšie preventívne kroky.

Výskumníci z MeDiTATe dúfajú, že sa im podarí zvýšiť mieru prežitia ľudí, ktorí majú aneuryzmy, ako aj zlepšiť ich včasnú detekciu a prevenciu.

Ak je pacientovi diagnostikovaná aneuryzma alebo má podozrenie na jej existenciu, môže sa vytvoriť digitálne dvojča na základe fyziológie danej osoby. Lekárski odborníci potom môžu vykonať testy a navrhnúť liečbu šitú na mieru.

Keďže zber údajov z vlastného tela človeka je bez invazívnych zákrokov náročný, výskumníci tiež tlačia 3D repliky pacientov, aby získali informácie potrebné pre digitálne dvojčatá, ktoré budú čo najúplnejšie.

„Kombinácia pacienta, jeho repliky a digitálneho dvojčaťa uzatvára celý cyklus,“ povedal Biancolini.

Jednoduché používanie

Hoci sa digitálne dvojčatá už používajú na výskum, cieľom MeDiTATe je uľahčiť ich používanie pre zdravotníckov.

Tím spolupracuje s nemocnicami a zbiera názory a skúsenosti zdravotníkov. Cieľom je pochopiť, čo potrebujú v digitálnom dvojčati, aby mohli urobiť záver o aneuryzme pacienta.

Jeho zámerom je, aby sa digitálne dvojčatá na liečbu aneuryziem stali komerčne použiteľnými. Členovia konzorcia MeDiTATe už podali niekoľko patentov.

Biancolini verí, že digitálne dvojčatá budú budúcnosťou zdravotnej starostlivosti. Podľa jeho slov sa stanú spoľahlivejšími a presnejšími, čím sa tradičné repliky častí ľudského tela stanú menej potrebnými.

„Počet fyzických prototypov v posledných desaťročiach veľmi klesol, pretože presnosť digitálnych simulácií je teraz taká vysoká, že im môžete dôverovať,“ povedal.

Atriálna fibrilácia, mŕtvica

Ďalší výskumníci financovaní EÚ sa obracajú na digitálny svet, aby získali inú formu pomoci v oblasti zdravotnej starostlivosti.

V rámci projektu MAESTRIA sa buduje platforma na zhromažďovanie súborov údajov, ktoré pomôžu lekárom pochopiť a liečiť atriálnu fibriláciu – nepravidelný srdcový rytmus – a mŕtvicu u pacientov. Päťročná iniciatíva potrvá do februára 2026. Výskumníci hľadajú špecifické biomarkery, ktoré signalizujú riziko oboch týchto ochorení.

Tím vyvíja digitálne nástroje založené na novej generácii biomarkerov, ktoré integrujú spracovanie umelej inteligencie a veľkých objemov údajov zo špičkových zobrazovacích, elektrokardiografických a omických technológií s cieľom spresniť diagnostiku a individuálnu liečbu pacientov.

V EÚ je cievna mozgová príhoda druhou najčastejšou príčinou úmrtia a hlavným zdrojom invalidity dospelých.

„Keď má človek atriálnu fibriláciu a utrpí mŕtvicu, je to výsledok patologického procesu, ktorý sa začal mnoho rokov predtým,“ povedal Stéphane Hatem, profesor kardiologickej fyziológie na Inštitúte kardiometabolizmu a výživy vo francúzskom Paríži.

Myslí si, že prostredníctvom programu MAESTRIA budú môcť vedci dokázať, že tukové tkanivo na srdci je kľúčovým biomarkerom fibrilácie predsiení a mozgovej príhody. Očakáva sa, že dostupnosť širokého súboru údajov, ktorý skúma oba faktory v patente, umožní takýto záver.

Nábor a testovanie

Hatem, ktorý projekt koordinuje, a jeho tím, sa pripravujú na testovanie platformy v centre projektu. Výskumníci robia nábor pacientov z európskych krajín vrátane Francúzska, Nemecka a Španielska. Testovanie bude prebiehať dva a pol roka.

Ak sa testovanie ukáže ako úspešné, potom by sa doň mohli zapojiť aj ľudia z krajín mimo Európy. Čím viac totiž odrážajú spektrum populácie, tým sú súbory údajov užitočnejšie.

„Aby bol algoritmus užitočný v klinickej starostlivosti, je nesmierne dôležité overiť ho v širokej populácii, nielen v krajinách západnej Európy,“povedal Hatem.

Platforma, ktorú vyvíjajú, bude k dispozícii aj pre iných zdravotníckov.

Ľudia s rôznymi súbormi údajov by ich mohli pridať do platformy a prispieť k záverom, ktoré možno vyvodiť. Takže napríklad výskumník, ktorý sa zaoberá mŕtvicou v hlavnom meste Lotyšska Rige, by mohol poskytnúť údaje a na oplátku získať prístup ku všetkým informáciám na platforme.

Celkovým výsledkom by bolo lepšie pochopenie biomarkerov lekárskymi odborníkmi a cielenejšia – a tým aj účinnejšia – liečba pacientov.

Podobne ako Biancolinii, aj Hatem verí, že digitálne technológie sú nevyhnutné pre zlepšenie zdravotnej starostlivosti.

„Personalizovaná medicína znamená, že ste schopní veľmi presne a precízne identifikovať riziko pre každého jednotlivca,“ povedal Hatem.