UVM obține un contract istoric pentru dezvoltarea gemenilor digitali medicali
Ce-ar fi dacă medicii ar putea testa un tratament personalizat pe o versiune virtuală a unui pacient grav bolnav înainte de a-l administra în viața reală? Aceasta este promisiunea „geminilor digitali” medicali.
Gary An, M.D., chirurg de urgență și cercetător la Colegiul de Medicină Larner al Universității din Vermont (UVM), a obținut un contract de cercetare și dezvoltare în valoare de până la 38 de milioane de dolari pentru a dezvolta gemeni digitali alimentați cu inteligență artificială, care să ajute clinicienii să personalizeze tratamentele pentru pacienții grav bolnavi. Această finanțare reprezintă cea mai mare sumă acordată vreodată în istoria UVM.
Contractul este susținut de Agenția pentru Proiecte de Cercetare Avansată în Sănătate (ARPA-H), o agenție federală din cadrul Departamentului de Sănătate și Servicii Sociale al Statelor Unite, care sprijină cercetările medicale inovatoare și cu impact mare. Inițiativa, care se va desfășura pe parcursul a cinci ani, are ca scop transformarea modului în care clinicianii diagnostică și tratează bolile critice, modelând în timp real răspunsul imun unic al fiecărui pacient. Proiectul face parte din programul CIRCLE (Critical Illness Immunological Reprogramming and Control Point Learning Engine) al ARPA-H. Dacă va avea succes, cercetătorii estimează că tehnologia ar putea reduce durata șederii în unitățile de terapie intensivă (ICU) cu cel puțin 25%. În prezent, 4,6 milioane de americani primesc tratament în ICU anual, costul total ridicându-se la 70 de miliarde de dolari pe an.
UVM a fost responsabilă pentru numeroase progrese semnificative în domeniul sănătății, iar proiectul lui An este cea mai recentă etapă din această tradiție de muncă esențială. Impactul considerabil pe care gemenii digitali ar putea să-l aibă asupra diagnosticelor și tratamentelor medicale potențial salvatoare este evidențiat de acest nivel istoric de finanțare pentru cercetare, iar noi, ca universitate, nu am putea fi mai mândri că pionierăm acest proiect incredibil.
Marlene Tromp, Președinte UVM
Proiectul lui An, cunoscut sub numele de ReSCUED, adică Reprogramarea Bolii Critice Severe Folosind Gemeni Digitali Extensibili, își propune să abordeze una dintre cele mai persistente provocări din medicină și să corecteze răspunsul imun dezordonat care generează boli în ICU, precum traumele severe, arsurile sau sepsisul. De exemplu, sepsisul, o reacție amenințătoare la infecție, apare atunci când sistemul imunitar al organismului declanșează o inflamare toxică extinsă, care dăunează țesuturilor sănătoase și poate progresa rapid către insuficiența organelor.
„Sepsisul este o problemă majoră în domeniul sănătății, iar aceasta va deveni din ce în ce mai gravă pe măsură ce populația îmbătrânește și devenim mai buni în a menține oamenii în viață”, a spus An, cercetător principal al proiectului. „În trecut, înainte de ICU-uri, oamenii pur și simplu mureau. Astăzi, cu progresele în tehnologiile de suport al organelor, putem menține pacienții în viață mai mult în ICU, dar adesea corpurile lor nu pot ieși din hățișul disfuncției imune, iar noi nu știm cum să-i ajutăm să iasă din aceasta. Dinamica multidimensională a disfuncției imune este prea complexă pentru a fi înțeleasă de o persoană, chiar și de un expert. Dar putem antrena un model computațional să facă acest lucru.”
Prin abordarea ReSCUED, cercetătorii vor măsura starea imună și inflamatorie a unui pacient grav bolnav prin prelevări frecvente de sânge și monitorizare fiziologică, vor crea un gemene digital care modelează starea pacientului și vor evalua strategiile de tratament utilizând medicamente aprobate de FDA înainte de a le administra. Scopul este de a oferi clinicianilor un instrument individualizat care să îi ajute să înțeleagă cum evoluează boala unui pacient și să folosească aceste informații pentru a ghida îngrijirea.
Ce este un gemene digital? Un gemene digital este un model matematic al unui obiect, proces sau sistem din lumea reală care folosește date în timp real pentru a prezice performanța, a identifica problemele și a ghida luarea deciziilor. Un exemplu familiar ar putea fi gemenii digitali utilizați în sectorul aerospațial. Senzorii de pe un motor de avion oferă informații continue despre performanța acestuia, permițând unui model computațional să prezică modul în care acel motor specific ar putea funcționa în timp și oferind date pentru optimizarea operațiunilor aviatice.
Cercetătorii din domeniul sănătății își imaginează gemenii digitali ca modele personalizate care pot prezice cum va progresa o boală la un pacient individual. Prin adăugarea și analiza continuă a datelor moleculare și clinice, instrumentul alimentat de AI ar putea recomanda cel mai eficient tratament și ajuta clinicianii să determine când și ce intervenție medicală ar putea avea cel mai mare impact.
Atunci când ReSCUED va fi implementat, sângele unui pacient va fi colectat la fiecare șase ore, iar măsurători vor fi efectuate asupra celulelor critice, proteinelor și moleculelor prezente. Aceste date vor fi aplicate gemenului digital pentru a oferi informații în timp real despre răspunsul imun al pacientului, permițând gemenului digital să-și rafineze prognoza pe măsură ce starea pacientului se schimbă. Cercetătorii vor folosi gemenele digital pentru a antrena un „consultant virtual” bazat pe AI, capabil să analizeze interacțiunile biologice extrem de complexe pentru a ajuta un clinician să sugereze strategii de intervenție potențiale adaptate unui pacient specific și să testeze aceste opțiuni de tratament virtual, înainte de a le aplica pacientului, creând un nou nivel de precizie în medicina de urgență.
„Complexitatea bolii critice depășește ceea ce oricine poate interpreta în timp real. Inteligența artificială ne oferă o modalitate de a evalua acele dinamici biologice complexe și de a determina cum ar putea fi utilizate mai eficient tratamentele existente pentru un anumit pacient”, a spus An. „Scopul nostru este de a oferi clinicianilor o înțelegere mai precisă a ceea ce se întâmplă în interiorul unui pacient individual și de a le oferi informații care ar putea să-i ajute să selecteze tratamentul potrivit la momentul potrivit.”
Proiectul va fi coordonat de Colegiul de Medicină Larner al UVM, care va acționa ca instituția principală într-o inițiativă multidisciplinară ce reunește expertiză clinică, computațională și biotehnologică din universități și companii din întreaga țară. Datele participanților vor fi colectate în trei locații clinice: la Wake Forest University School of Medicine și Universitatea din Alabama la Birmingham Heersking School of Medicine, prin participarea lor în Quantum Leap Healthcare Collaborative, și la Washington University School of Medicine. Echipa lui An de la Larner se va concentra pe dezvoltarea modelelor computaționale și a platformei de gemeni digitali. Proiectul este așteptat să creeze noi locuri de muncă în modelarea computațională la Larner și să consolideze ecosistemul în creștere de cercetare în biotehnologie și inteligență artificială din Vermont.
Două parteneri din sectorul privat vor contribui cu tehnologii specializate. DNA Medicine Institute din Cambridge, Massachusetts, va oferi o platformă de testare moleculară la pat, dez
