Ideea de a avea un „geamăn digital” al propriului corp ar putea schimba radical modul în care sunt făcute operațiile în viitor. În loc ca medicii să se bazeze doar pe experiență sau pe statistici generale, ar putea testa mai întâi intervenția pe o copie virtuală a pacientului. Astfel, procedurile ar deveni mult mai personalizate și, teoretic, mai sigure, scrie Live Science.
Unul dintre medicii care lucrează deja cu această tehnologie este Dr. John Pandolfino, gastroenterolog și director al Northwestern Medicine Digestive Health Institute din Statele Unite. El glumește adesea, spunând că vine dintr-o familie de electricieni și instalatori, iar profesia lui nu este chiar atât de diferită.
„Esofagul, organul care duce mâncarea din gură în stomac, este practic o țeavă cu niște cabluri electrice”, explică medicul.
Pandolfino și echipa sa folosesc ceea ce se numește un „digital twin” – un model virtual foarte precis al esofagului unui pacient. Acest model simulează modul în care organul se mișcă și presiunile din interiorul lui, pentru a prezice cum va reacționa pacientul la o anumită operație. Intervenția analizată se numește miotomie și presupune tăierea unei porțiuni din mușchiul esofagului pentru a rezolva probleme de înghițire.
În forma sa ideală, conceptul de „geamăn digital” ar însemna o replică aproape perfectă a corpului uman, care ar combina anatomia pacientului cu date biologice detaliate pentru a recomanda tratamente personalizate. Modelele folosite acum de echipa lui Pandolfino sunt mai simple, dar suficient de avansate pentru a recrea mecanica esofagului.
Cercetătorii au început chiar un studiu clinic amplu, cu 400 de pacienți, pentru a vedea dacă folosirea acestor modele virtuale înainte de operație duce la rezultate mai bune.
Pentru a înțelege de ce este nevoie de această tehnologie, trebuie explicată mai întâi boala pe care o studiază medicii: achalazia.
„Esofagul, știți, are rolul principal de a împinge lucrurile în jos, în stomac, după ce intră în esofag. Și apoi, când ceva urcă înapoi, esofagul trebuie de asemenea să îl împingă în jos pentru a vă proteja, ca să nu ajungă în plămâni”, spune Pandolfino.
În cazul achalaziei, problema apare la un mușchi aflat între esofag și stomac, numit sfincter esofagian inferior. Acesta ar trebui să se relaxeze pentru a permite trecerea alimentelor, dar uneori nu o face.
„Ceea ce se întâmplă în achalazie este că sfincterul esofagian inferior, care este practic bariera ce separă esofagul de stomac, nu se deschide. Nu se relaxează. Achalazia chiar înseamnă incapacitatea de a se relaxa. Când acel mușchi nu se relaxează și nu se deschide, mâncarea se acumulează în esofag și, practic, începi aproape să te îneci cu propria salivă și cu mâncarea. Așadar, poate fi o boală mortală”, explică acesta.
După tratamentul chirurgical, medicii au observat însă că unii pacienți dezvoltau o complicație neașteptată: o porțiune a esofagului începea să se dilate anormal, formând un fel de „buzunar”.
Pentru a înțelege de ce se întâmplă acest lucru, echipa a folosit modelul virtual al esofagului și a rulat milioane de scenarii diferite.
„Am schimbat o mulțime de variabile: ce tip de operație aveau, cât de lungă era tăietura în mușchi, dacă era inclusă o procedură anti-reflux, dacă conta ce tip de problemă de motilitate aveau. Există diferite subtipuri de achalazie. Apoi am analizat cât de adânc ar trebui tăiat mușchiul. Am rulat toate aceste simulări”, explică John Pandolfino.
Procesul a durat câteva luni, iar calculatorul a analizat milioane de combinații posibile.
„În final, modelul a prezis care ar fi cea mai bună operație și a prezis și care pacienți au cel mai mare risc să dezvolte complicația”, adaugă el.
Pe baza acestor rezultate, cercetătorii au obținut finanțare pentru un studiu clinic în care vor compara metoda chirurgicală standard cu una optimizată de modelul virtual.
Deși aceste modele sunt deja utile din punct de vedere mecanic, Pandolfino spune că replicarea completă a corpului uman la nivel molecular este încă foarte departe.
„Din punct de vedere mecanic, cred că este deja destul de bun. Dar dacă vorbim despre structura moleculară și despre modul în care se contractă mușchii, despre influxurile de calciu, cred că suntem încă foarte departe”, mai spune medicul.
Chiar și așa, conceptul ar putea fi aplicat în multe alte părți ale corpului.
„Această abordare poate fi adoptată în toate sistemele de organe – vezica urinară, aorta, ventriculul stâng. Procesele în care te bazezi complet pe mecanica transportului”, a mai declarat acesta.
Un avantaj important al acestor modele este că pot prezice și momentul în care medicamentele nu mai pot ajuta pacientul.
„Ajungi într-un punct în care poți identifica scenarii în care medicamentele nu vor mai avea niciun efect”, susține el.
În plus, tehnologia ar putea reduce nevoia de experimente pe animale, cel puțin în cazul intervențiilor chirurgicale.
„Dacă vorbim despre operații, nu ar mai fi nevoie să faci acest lucru pe animale. L-ai face într-o simulare, ca a noastră”, explică medicul.
Pandolfino crede că, pe termen lung, aceste modele vor evolua și mai mult. Nu vor exista doar versiuni virtuale, ci și replici fizice ale organelor.
„Vom putea crea modele de simulare mult mai bune. Vom înțelege mai bine proprietățile materialelor din care sunt făcute organele și vom dezvolta simulări care nu există doar în lumea virtuală, ci și gemeni tactili” – dr. John Pandolfino.
Cu alte cuvinte, organe artificiale realizate din materiale care imită perfect textura și comportamentul celor reale.
Aceste modele ar putea fi folosite pentru antrenamentul chirurgilor sau pentru testarea diferitelor proceduri. De aceea, spune medicul, tehnologia ar putea fi folosită și pentru alte probleme medicale frecvente.
„De exemplu, refluxul afectează cam o cincime din populație. Și, de fapt, refluxul nu este o problemă de prea mult acid. Majoritatea oamenilor care au reflux au acid normal”, explică Pandolfino.