Молода професорка створила віртуального двійника людини для запобігання хворобам

Аманда Рендлс формує майбутнє медицини завдяки своїм дослідженням, відзначеним нагородами.

Рендлз бачить світ, в якому ваш смарт-годинник або подібний пристрій постійно передаватиме дані у віртуальну симуляцію всього вашого тіла, що дозволить лікарям ретельно стежити за вашим здоров’ям на персоналізованому рівні, на відміну від того, що ми маємо сьогодні.

“Довгострокове бачення полягає у створенні, по суті, вашої віртуальної людини, вашого цифрового двійника”, – сказав Рендлс в інтерв’ю Business Insider.

З цією метою Рендлз, професор біомедичних наук в Інженерній школі Пратта Університету Дьюка, витрачає свій час на створення деяких з цих віртуальних симуляцій.

Зокрема, вона зосереджується на моделюванні кровотоку і руху клітин по всьому тілу. Нещодавно її робота отримала премію в галузі обчислювальної техніки Асоціації обчислювальної техніки у розмірі 250 000 доларів США.

“Її інноваційні методи не лише поглиблять наше розуміння хвороб, але й ознаменують нову еру біомедичного моделювання”, – сказав Саліл Парех, генеральний директор компанії Infosys, яка забезпечує фінансування премії.

Використання даних Apple Watch на практиці

Сьогоднішні стандартні фітнес-пристрої можуть відстежувати серцебиття людини під час її повсякденних занять. Однак, якби вони також могли відстежувати зміни кровотоку в режимі реального часу, це могло б допомогти лікарям перейти від “реактивного лікування до проактивного”, – сказав Рендлс.

Іншими словами, це могло б допомогти лікарям набагато раніше виявляти ознаки потенційно смертельних станів, таких як серцеві захворювання, що могло б призвести до кращого лікування. Хвороби серця є основною причиною смерті в США, на яку припадає одна з п’яти смертей щороку.

Хоча існують проблеми конфіденційності, віртуальний двійник, який щодня відстежує стан вашого здоров’я, міг би стати революційним для охорони здоров’я. Однак однією з перешкод, з якою стикаються такі люди, як Рендлс, є перевантаження даними.

Оскільки ваше серце б’ється 100 000 разів на день, це величезна кількість даних. Рендлс та її команда працюють над тим, щоб з’ясувати, як робити знімки моментів і застосовувати їх до більш масштабних сценаріїв.

Наприклад, якщо ви сидите за комп’ютером кілька годин щоранку протягом тижня, модель може не враховувати кожну секунду.

Після того, як у вас є цей персоналізований базовий рівень, “ми повинні мати способи калібрування, коли ви зійшли з рейок і він більше не відповідає”, – сказав Рендлс.

Модель зможе розпізнати, якщо, наприклад, у серці утворюється бляшка.

Хоча вона сподівається, що звичайні носимі пристрої забезпечать достатньо хороших даних для моделі, Рендлс каже, що деякі пацієнти з серцевими захворюваннями можуть потребувати пристроїв медичного класу.

За словами Рендлс, такі карти крові, які можна носити з собою, можуть з’явитися вже в найближчому майбутньому. “Це не через десятиліття”, – сказала вона. “Я думаю, що ми побачимо це в найближчі п’ять-сім років”.

Наразі кровоносна система є лише частиною всього людського тіла, і Рендлс зацікавлена в тому, щоб включити мозок та інші системи в концепцію віртуального двійника. За її словами, до цієї технології ще щонайменше десять років.

Тим часом, симуляції Рендлс вже допомагають лікарям в інший спосіб.

Персоналізована 3D-карта вашої кровоносної системи

Використовуючи симуляції Рендлса, лікарі можуть визначити, коли пацієнту потрібен стент для поліпшення кровотоку в серці неінвазивним способом. Традиційний метод полягає у введенні провідника в коронарну артерію для вимірювання тиску.

“Використовуючи віртуальні моделі, нам не потрібно вводити провідник у пацієнта”, – сказав Рендлс.

Рендлс працює над тим, щоб лікарі могли віртуально випробувати різні варіанти лікування, наприклад, розміщення стента, щоб побачити, який найкраще підходить пацієнту, перш ніж вони зайдуть в операційну.

Наразі це вимагає великих обчислювальних потужностей, тому її лабораторія впроваджує машинне навчання, щоб пришвидшити процес.

Відстеження ракових клітин

Коли ракові клітини циркулюють у крові, вони можуть приживатися в інших частинах тіла і утворювати нові пухлини, що називається метастазуванням.

В іншій частині свого дослідження Рендлс вивчає, як рухається ракова клітина. У своїх симуляціях Рендлс змінює різні параметри, наприклад, як розмір ядра клітини впливає на її рух.

Коли буде достатньо даних про характеристики різних клітин та їхній рух, лікарі зможуть краще прогнозувати, як і куди метастазують певні ракові клітини.

“Що саме в ракових клітинах робить їх більш схильними до метастазування в мозок або в молочну залозу, – каже вона. “Якщо ми зможемо зрозуміти, що саме в клітині змушує її рухатися в цьому напрямку, це може допомогти в лікуванні”, – додала вона.