كيف يمكن للتوائم الرقمية تمكين العلاج الصحي الشخصي | بحث طبى

أناتخيل أن لديك توأمًا رقميًا يصاب بالمرض، ويمكن تجربته لتحديد أفضل علاج ممكن، دون الحاجة إلى الاقتراب من حبوب منع الحمل أو سكين الجراح. يعتقد العلماء أنه في غضون خمس إلى عشر سنوات، يمكن أن تصبح التجارب “السيليكو” – حيث تستخدم مئات الأعضاء الافتراضية لتقييم سلامة وفعالية الأدوية – روتينية، في حين يمكن استخدام نماذج الأعضاء الخاصة بالمريض لتخصيص العلاج وتجنبه. المضاعفات الطبية.

التوائم الرقمية هي نماذج حسابية للأشياء أو العمليات المادية، ويتم تحديثها باستخدام بيانات من نظيراتها في العالم الحقيقي. وفي الطب، يعني هذا الجمع بين كميات هائلة من البيانات حول عمل الجينات والبروتينات والخلايا وأنظمة الجسم بالكامل مع البيانات الشخصية للمرضى لإنشاء نماذج افتراضية لأعضائهم – وفي نهاية المطاف، جسدهم بالكامل.

يقول البروفيسور بيتر كوفيني، مدير مركز العلوم الحاسوبية في جامعة كوليدج لندن والمؤلف المشارك لكتاب Virtual You: “إذا كنت تمارس الطب اليوم، فإن الكثير منه ليس علمياً تماماً”.. “في كثير من الأحيان، يكون الأمر معادلاً لقيادة السيارة وتحديد الوجهة التالية من خلال النظر في مرآة الرؤية الخلفية: حيث تحاول معرفة كيفية علاج المريض الذي أمامك بناءً على الأشخاص الذين رأيتهم في الماضي. الذين كانت لديهم ظروف مماثلة.

“ما يفعله التوأم الرقمي هو استخدام بياناتك داخل نموذج يمثل كيفية عمل علم وظائف الأعضاء وعلم الأمراض لديك. إنه لا يتخذ قرارات بشأنك بناءً على مجموعة سكانية قد تكون غير ممثلة تمامًا. إنها شخصية حقًا.”

يمكن العثور على الحالة الحالية للنموذج الفني في أمراض القلب. وبالفعل، تستخدم الشركات نماذج قلب خاصة بالمريض للمساعدة في تصميم الأجهزة الطبية، في حين تقدم شركة ELEM BioTech الناشئة في برشلونة للشركات القدرة على اختبار الأدوية والأجهزة على نماذج محاكاة للقلوب البشرية.

وقال المؤسس المشارك ورئيس شركة ELEM: “لقد أجرينا بالفعل عددًا من التجارب البشرية الافتراضية على العديد من المركبات ونحن على وشك الدخول في مرحلة جديدة، حيث أصبح منتجنا جاهزًا ونشره في السحابة للوصول الخارجي من قبل عملاء الأدوية”. المدير التنفيذي، كريس مورتون.

وفي حديثها في مؤتمر التوائم الرقمية في الجمعية الملكية للطب في لندن يوم الجمعة، وصفت الدكتورة كارولين روني، من جامعة كوين ماري في لندن، الجهود المبذولة لتطوير نماذج قلب شخصية من شأنها أن تساعد الجراحين على التخطيط لعملية جراحية للمرضى الذين يعانون من ضربات القلب غير المنتظمة والفوضوية (الأذينية). الرجفان).

وقال روني: “في كثير من الأحيان، يستخدم الجراحون نهجا يعمل في المتوسط، ولكن القيام بتنبؤات خاصة بالمريض، ومن ثم توقع النتائج على المدى الطويل، يمثل تحديا حقيقيا”. “أعتقد أن هناك العديد من التطبيقات في أمراض القلب والأوعية الدموية حيث سنرى هذا النوع من النهج، مثل تحديد نوع الصمام الذي سيتم استخدامه، أو مكان إدخاله أثناء استبدال صمام القلب.”

ومن المتوقع أيضًا أن يستفيد مرضى السرطان. ويعمل خبراء الذكاء الاصطناعي في شركة الأدوية GSK مع باحثي السرطان في جامعة كينغز كوليدج في لندن لبناء نسخ رقمية طبق الأصل من أورام المرضى باستخدام الصور والبيانات الجينية والجزيئية، بالإضافة إلى زراعة الخلايا السرطانية للمرضى بشكل ثلاثي الأبعاد واختبار مدى استجابتها لها. المخدرات.

ومن خلال تطبيق التعلم الآلي على هذه البيانات، يمكن للعلماء التنبؤ بكيفية استجابة المرضى الفرديين للأدوية المختلفة، ومجموعات الأدوية، وأنظمة الجرعات.

وقال البروفيسور توني نج، من جامعة كينجز: “لا يمكنك القيام بذلك بشكل متكرر مع مريض حقيقي لديه أدوية متعددة ومجموعات دوائية، لأنه في كل مرة تجرب فيها علاجًا جديدًا، فهي تجربة سريرية”.

“نحن نحاول إيجاد حل والمريض لا يزال على قيد الحياة، فإذا عاد مرة أخرى [of their cancer] سنعرف كيفية علاجها، أو أي تجربة سريرية سنجريها”.

ومن المتوقع أن تبدأ تجارب إثبات المفهوم في العام المقبل.

ويعمل الباحثون أيضًا على تطوير توائم رقمية للحمل، مما قد يساعد في تطوير أدوية لحالات مثل قصور المشيمة أو تسمم الحمل، وفهم أفضل للعمليات الفسيولوجية التي يقوم عليها الحمل والمخاض.

وقالت البروفيسور ميشيل أوين، مديرة مركز هندسة صحة المرأة بجامعة واشنطن في سانت لويس: “لا يمكنك إجراء تجارب على النساء الحوامل في كثير من الحالات، كما لا توجد نماذج حيوانية جيدة للحمل البشري”.

يقوم أوين ببناء نماذج مشيمة من فحوصات الموجات فوق الصوتية التي تم التقاطها أثناء الحمل وصور عالية الدقة بعد الولادة لدى النساء اللاتي يعانين من حالات حمل صحية ومعقدة، وتدريب خوارزمية للتعرف على الأنسجة المختلفة وإنشاء نسخة رقمية منها.

وقال أوين: “هدفنا هو محاولة اكتشاف الأشياء التي يمكننا قياسها على شخص حي للتنبؤ بمن يحتمل أن يعاني من مشاكل في وظيفة المشيمة أثناء الحمل، والتدخل لمنع أشياء مثل ولادة جنين ميت”.

وتقوم زميلتها البروفيسورة كريستين مايرز، من جامعة كولومبيا في نيويورك، ببناء نماذج لعنق الرحم والرحم والأغشية المحيطة بالجنين. هدفهم على المدى الطويل هو جمعهم جميعًا في نموذج واحد للفرد يمكنه التنبؤ بكيفية حدوث الحمل.

وقال مايرز: “آمل أن نتمكن من إجراء فحص مبسط بالموجات فوق الصوتية لتشريح الأم، وأن نكون قادرين على تقييم كيفية نمو هذا الرحم وتمدده، وتحديد وقت أفضل لحدوث المخاض”. وأضافت أنه قد يتنبأ بمخاض طويل أو معقد، ويساعد النساء على اتخاذ قرار أكثر استنارة بشأن ما إذا كان يجب إجراء عملية قيصرية.

يقوم باحثون آخرون ببناء توائم رقمية للمستشفيات لمحاولة تحسين كفاءة انتقال المرضى الأفراد عبر نظام الرعاية الصحية.

“من خلال تتبع التوقيعات الرقمية التي يتم إجراؤها في كل مرة يحدث فيها أي شيء مع المريض – بدءًا من طلب الأشعة السينية وتنفيذها والإبلاغ عنها، وحتى عندما يتم حجز موعد للمريض في العيادة الخارجية وحضوره – يمكننا بناء تقرير مفصل للغاية، وقال الدكتور جاكوب كوريس، جراح الصدمات والعظام والقائد الرقمي لبرنامج Get It Right First Time، وهو برنامج وطني مصمم لتحسين علاج المرضى ورعايتهم: “صورة في الوقت الفعلي لكيفية تحرك المرضى الذين يعانون من ظروف مماثلة عبر النظام”.

“إن القيام بذلك يمكن أن يحدد المجالات التي نحتاج إلى تحسينها، ولكن أيضًا الممارسات الجيدة التي تعمل على تحسين رعاية المرضى، والتي يمكننا استخدامها لإعادة تصميم الطريقة التي نعتني بها بالمرضى”.