SZ nr 27–48/2024z 30 czerwca 2024 r.
Jak cyfrowe bliźniaki wywrócą medycynę do góry nogami
Justyna Grzechocińska
Podobnie jak model pogody, który powstaje za pomocą komputerów o ogromnej mocy obliczeniowej, można generować prognozy zdrowotne dotyczące tego, jak organizm za-reaguje na chorobę lub leczenie, niezależnie od tego, czy jest to lek, implant, czy operacja. Ilość danych potrzebnych do stworzenia modelu zależy od tego, czy modelujemy funkcjonowanie całego ciała, wybranego organu czy podsystemu molekularnego. Jednym słowem – na jakie pytanie szukamy odpowiedzi.
Posługując się analogią, można powiedzieć, że aby poruszać się po mieście zdjęcie satelitarne o wysokiej rozdzielczości nie będzie tak pomocne, jak prosta mapa komunikacji miejskiej. Nie musimy znać topografii, architektury budynków, struktur chodnika, żeby dojść z punktu A do B. Czasami nie potrzebujemy bardzo szczegółowych modeli, bo i pytania są w miarę proste. Cyfrowe bliźniaki to też taki rodzaj mapy ciała, ale aktualizowanej w czasie rzeczywistym. Nowe dane zasilają na bieżąco model i czynią go jeszcze doskonalszym. W zależności od celu wykorzystania modelu, potrzebna będzie mniejsza lub większa dokładność danych.
Po co nam modele ludzkiego organizmu?
Obecna medycyna oparta jest na podejściu „jedno rozwiązanie dla wszystkich”. Bazuje na danych z przeszłości zebranych od osób o różnym DNA, stanie zdrowia, budowie ciała, i cechach psychofizycznych. Na podstawie tych danych powstają potem leki, które działają u części pacjentów, powodując mniejsze lub większe skutki uboczne. Niektóre osoby, jak kobiety i przedstawiciele mniejszości etnicznych, są niedoreprezentowane w badaniach i – czego dowodzą dane – mogą przez to mniej korzystać z postępów medycyny. Cyfrowe bliźniaki są modelami, które dokonują obliczeń na podstawie danych konkretnej osoby, a w efekcie wynik nie jest średnią dla populacji, ale dokładną spersonalizowaną kalkulacją przykładowo efektów leczenia daną cząsteczką chemiczną o danej dawce. To otwiera zupełnie nowe możliwości w medycynie.
Istnieją już wiarygodne prognozy i symulacje ludzkiego organizmu. Mamy do dyspozycji zarówno modele całego ciała, jak i wybranych organów. Nie chodzi tu o szukanie korelacji, jak to ma miejsce w przypadku sztucznej inteligencji, ale o faktyczne zrozumienie ludzkiej biologii i funkcjonowania ciała na poziomie komórkowym. Świat dysponuje już modelami komputerowymi, od cyfrowych bliźniaków bakterii i nowotworów po systemy wspomagające badania nad lekami kardiologicznymi i planowanie operacji u osób z padaczką. Postęp w tej dziedzinie jest błyskawiczny: organy regulacyjne, takie jak FDA, dopuszczają już badania z użyciem symulacji komputerowej, a firmy komercyjne na całym świecie tworzą własne cyfrowe modele dla medycyny.
Nasz prywatny spersonalizowany bliźniak to kwestia… dziesięcioleci
Na kompletne i precyzyjne cyfrowe bliźniaki pojedynczej osoby będziemy czekać jeszcze wiele lat, ale proste modele, na przykład pracy serca, są już dostępne dzisiaj. Bioinżynier dr Jazmin Aguado Sierra z Centrum Superobliczeniowego w Barcelonie stworzyła bliźniaka swojego serca, który obecnie „bije” w Muzeum Nauki w Londynie. Niektóre firmy oferują technologię cyfrowych bliźniaków do zastosowań medycznych. Jeszcze inne skupiają się na modelach do projektowania i wdrażania urządzeń medycznych. Samo pojęcie cyfrowego bliźniaka brzmi bardzo futurystycznie, w rzeczywistości jest inaczej. Ciało, a dokładnie jego chemiczną strukturę, jesteśmy w stanie już dziś symulować na poziomie molekularnym, zwłaszcza w celu opracowania leków. Istnieją wręcz całe symulacje komórek. Wiele osób błędnie myśli, że takie modele wymagają zebrania danych do ostatniego szczegółu. Czasami wystarczą dane wyższego poziomu, aby uzyskać satysfakcjonujące wyniki. Podobnie jak w prognozie pogody modele nie zawsze są w 100% dokładne, ale już na poziomie 80–90% pozwalają ostrzegać ludzi przed nadchodzącym huraganem i powodzią, zapobiegając tragedii. Ile razy nie zmokliśmy, bo kierując się prognozą pogody wzięliśmy ze sobą parasol, mimo że na dworze świeciło słońce. Precyzja modeli zdrowia będzie się zwiększać z każdym rokiem, także za sprawą postępów w zbieraniu danych i urządzeń ubieralnych i sztucznej inteligencji.
Cyfrowe bliźnięta: Awangarda medycyny predykcyjnej
Cyfrowego bliźniaka można sobie wyobrazić jako awatara, który naśladuje stan zdrowia pacjenta w czasie rzeczywistym, umożliwiając lekarzom prognozowanie wyników zdrowotnych, eksperymentowanie ze scenariuszami leczenia i personalizowanie opieki z precyzją, która nigdy wcześniej nie była możliwa.
Wyobraźmy sobie na przykład cyfrowego bliźniaka Jana, pacjenta cierpiącego na chorobę serca. Ten wirtualny model symuluje stan serca Jana, opierając się na jego danych w czasie rzeczywistym, w tym na odczytach ciśnienia krwi, poziomie cholesterolu i genetycznych czynnikach ryzyka. Lekarze mogą wykorzystać cyfrowego bliźniaka naszego pacjenta do przewidywania potencjalnych powikłań i testowania różnych planów leczenia w środowisku wirtualnym przed zastosowaniem ich w prawdziwym życiu. Podejście to jest szczególnie istotne w zarządzaniu złożonymi schorzeniami lub ocenie wpływu nowych metod leczenia.
Tworzenie cyfrowych bliźniaków jest szczególnie korzystne w złożonych scenariuszach wysokiego ryzyka lub w przypadku rzadkich i przełomowych metod leczenia. Na przykład, w przypadku pacjenta poddawanego nowej, eksperymentalnej terapii przeciwnowotworowej, cyfrowy bliźniak pozwala pracownikom służby zdrowia symulować i oceniać, w jaki sposób organizm pacjenta może zareagować na leczenie, minimalizując ryzyko związane z próbami i błędami w rzeczywistych warunkach klinicznych.
Przyjęcie cyfrowej rewolucji
Podróż w kierunku integracji cyfrowych bliźniaków i cyfrowych wątków w opiece zdrowotnej jest wezwaniem dla innowatorów, liderów i wizjonerów. Wymaga to ponownego wyobrażenia sobie tradycyjnych modeli opieki zdrowotnej, odważnego przyjęcia innowacji i niezłomnego zaangażowania w opiekę skoncentrowaną na pacjencie. Wyzwania są znaczące – od interoperacyjności danych po kwestie prywatności – ale nie są nie do pokonania. Wzywają nas do współpracy, innowacji i wytyczania nowych ścieżek.
Stoimy na rozdrożu, gdzie decyzje, które podejmujemy dzisiaj, będą kształtować wyniki zdrowotne jutra.
Przyszłość opieki zdrowotnej to przedsięwzięcie oparte na współpracy. Wymaga głębokiego partnerstwa między najbystrzejszymi umysłami w dziedzinie technologii i opieki zdrowotnej, aby uwolnić pełny potencjał cyfrowych bliźniaków. To przyszłość, w której opieka zdrowotna nie jest reaktywna, ale proaktywna, nie ogólna, ale spersonalizowana. Integracja cyfrowych bliźniaków i cyfrowych wątków z opieką zdrowotną oznacza początek nowej ery w medycynie – takiej, która obiecuje nie tylko zwiększyć precyzję i skuteczność opieki, ale także spersonalizować ją na niespotykane dotąd sposoby. Przyjmując te cyfrowe innowacje, nie tylko poprawiamy świadczenie opieki zdrowotnej, ale zdefiniujemy ją na nowo, zapewniając, że terapia każdego pacjenta będzie tak wyjątkowa, jak jego odcisk palca. Stojąc u progu tej cyfrowej rewolucji w opiece zdrowotnej, jasne jest, że nasze wspólne wysiłki nie tylko przekształcą opiekę nad pacjentami, ale także utorują drogę do przyszłości, w której opieka zdrowotna będzie proaktywna, spersonalizowana i napędzana cyfrowymi innowacjami. W rezultacie medycyna predykcyjna i cyfrowe bliźniaki mają potencjał, aby zmienić paradygmat opieki zdrowotnej, prowadząc do bardziej efektywnych, spersonalizowanych i precyzyjnych metod diagnostyki, leczenia i profilaktyki chorób. Jednakże, aby osiągnąć pełny potencjał tych technologii, konieczne jest ciągłe rozwijanie algorytmów analizy danych, integracja danych medycznych oraz zagwarantowanie bezpieczeństwa i prywatności danych pacjentów.