Naukowcy z King’s College London, Imperial College London oraz instytutu Alan Turing Institute dokonali przełomu w medycynie, tworząc ponad 3800 cyfrowych bliźniaków serca – wyjątkowo precyzyjnych modeli serca opartych na danych rzeczywistych pacjentów. Inicjatywa miała na celu zbadanie wpływu wieku, płci i stylu życia na zdrowie tego kluczowego organu, a jej wyniki mogą na zawsze zmienić sposób diagnozowania i leczenia chorób sercowo-naczyniowych.
Dzięki tym cyfrowym replikom serca – nazwanym „bliźniakami cyfrowymi” – badacze potwierdzili, że wiek oraz otyłość znacząco wpływają na właściwości elektryczne serca. Zmiany te mogą wyjaśniać, dlaczego osoby starsze oraz z nadwagą są bardziej narażone na choroby układu krążenia. Odkrycia te opublikowano na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Cardiovascular Research”, podkreślając rewolucyjny potencjał modelowania cyfrowego w badaniach populacyjnych.
„Cyfrowi bliźniacy” pozwolili także odkryć, że różnice w zapisach EKG pomiędzy kobietami a mężczyznami wynikają głównie z różnic w wielkości serca, a nie ze sposobu, w jaki przewodzony jest impuls elektryczny. To kluczowa informacja, która może wpłynąć na dalsze udoskonalenie terapii, w tym indywidualne dostosowywanie ustawień urządzeń wspomagających pracę serca oraz opracowanie bardziej precyzyjnych leków dla określonych grup pacjentów.
Naukowcy mają nadzieję, że tak dogłębne zrozumienie pracy serca u różnych ludzi może zapoczątkować nową erę medycyny spersonalizowanej. Do budowy cyfrowych modeli posłużyły dane z UK Biobank – największej na świecie bazy danych zdrowotnych – oraz dane kliniczne pacjentów z chorobami serca. Modele te pozwalają „zajrzeć” w pracę serca na głębokościach, które dotąd pozostawały niedostępne w badaniach konwencjonalnych.
Zaawansowane algorytmy sztucznej inteligencji oraz metody uczenia maszynowego odegrały kluczową rolę w przyspieszeniu i automatyzacji procesu tworzenia tysięcy modeli. Dzięki temu badania mogły objąć tak dużą skalę i w tak krótkim czasie dostarczyć przełomowych informacji, które nie byłyby możliwe do uzyskania tradycyjnymi metodami.
W szerszym ujęciu „cyfrowy bliźniak” to komputerowy model symulujący obiekt lub proces w świecie rzeczywistym. Choć ich tworzenie bywa kosztowne i czasochłonne, ich wartość w medycynie jest nieoceniona – pozwalają na prognozowanie przebiegu chorób, badanie skuteczności terapii i personalizowanie leczenia. W przypadku serca, cyfrowe bliźniaki mogą stanowić cenny instrument do przewidywania, jak różne czynniki – np. dieta, aktywność fizyczna czy geny – wpływają na funkcjonowanie układu sercowo-naczyniowego.
Zdaniem profesora Stevena Niederera z Imperial College London, współautora badań, technologia ta ma potencjał wykraczający poza samo diagnozowanie. Jak podkreśla: „Odtwarzając serca tysięcy osób, pokazaliśmy, że cyfrowe bliźniaki potrafią dostarczyć unikalnych informacji na temat grup najbardziej narażonych na choroby serca. Mogą również ujawniać, w jaki sposób styl życia i płeć wpływają na działanie tego organu”.
Z kolei profesor Pablo Lamata z King’s College London zwraca uwagę na długofalowy potencjał badań, mówiąc: „Nasze odkrycia nie tylko pomogą w dopasowaniu leczenia do indywidualnych potrzeb, ale mogą również wskazać nowe cele dla terapii farmakologicznych. Skala tego przedsięwzięcia daje przestrzeń do dalszych badań populacyjnych, które mogą zrewolucjonizować nasze podejście do leczenia chorób serca”.
W kolejnym kroku naukowcy planują połączyć cyfrowe modele serca z danymi genetycznymi, co może jeszcze dokładniej wyjaśnić, jak nasze DNA wpływa na funkcjonowanie serca. Jak zaznacza dr Shuang Qian, główna autorka badania i współpracowniczka King’s College London: „To kolejny krok w kierunku jeszcze bardziej spersonalizowanej opieki medycznej. Łączenie modelowania cyfrowego z genetyką otwiera przed nami możliwości, jakich dotąd nie było – możemy poznać najgłębsze przyczyny chorób serca i lepiej je leczyć”.
Dzięki tym innowacjom z zakresu inżynierii biomedycznej, medycyna może nie tylko dokładniej przewidywać, kto jest najbardziej narażony na schorzenia sercowe, ale również kształtować skuteczniejsze i bardziej dopasowane do pacjenta strategie leczenia, zarówno w zakresie farmakoterapii, jak i nowoczesnych technologii wspomagających serce.