Un “gemello digitale” per affinare le... cure personalizzate

Un “gemello digitale” per affinare le cure personalizzate

I tecnici dell’EMPA e i clinici dell’Università di Berna hanno sviluppato gli avatar di pazienti reali sui quali simulare terapie di vario tipo

I “gemelli digitali” consentono terapie mediche personalizzate. I ricercatori dell’EMPA hanno ora modellato diverse centinaia di questi avatar basati su persone reali e li hanno trattati sperimentalmente. Non soltanto: per la prima volta, i “gemelli digitali” hanno ricevuto un feedback da pazienti reali.
Gli enormi progressi della medicina moderna ci permettono di fornire ai pazienti una migliore qualità di vita anche durante gravi malattie.
Gli oppiacei sintetici, per esempio, possono essere utilizzati per controllare i dolori lancinanti causati dal cancro. Tuttavia, la determinazione dell’esatto dosaggio resta una sfida decisiva.
Gli antidolorifici, come il Fentanyl, devono essere somministrati con precisione per essere efficaci, senza però danneggiare i pazienti con effetti collaterali a volte pericolosi per la vita.

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I cerotti antidolorifici: non invasivi, ma di difficile dosaggio

Attualmente, tali antidolorifici sono somministrati attraverso l’epidermide per mezzo di cerotti, fra gli altri metodi: un metodo delicato, non invasivo, che aiuta i pazienti a tornare alla loro normale vita quotidiana. Tuttavia, il dosaggio appropriato può essere determinato solo attraverso tentativi ed errori.
Le reazioni a un sottodosaggio o a un sovradosaggio si vedono soltanto a posteriori, quando il farmaco ha abbandonato da tempo il cerotto.
Tutto ciò ora è destinato a cambiare: per garantire che il corretto dosaggio dei farmaci possa essere determinato e mantenuto costante per ogni singolo paziente, applicando quelle che si chiamano “cure personalizzate”, i ricercatori dei Laboratori Federali Svizzeri per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali, insieme a un team dell’Università di Berna, stanno utilizzando le scienze informatiche e dei dati.
L’équipe guidata da Thijs Defraeye del laboratorio “Membrane e Tessuti Biomimetici” dell’EMPA a San Gallo utilizza la modellazione multifisica per sviluppare un gemello digitale del corpo umano, il quale permette ai medici di controllare e prevedere il corso della terapia.

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I dati (età, stile di vita, eccetera) da persone in carne e ossa

Per centinaia di avatar trattati nei modelli matematici, strumenti su cui si basa il complesso “gemello digitale” del paziente in cura, i ricercatori hanno preso in considerazione un’enorme varietà di variabili ricavate da individui in carne e ossa, come l’età e lo stile di vita.
Questo perché l’effetto di un farmaco è influenzato da una pletora di parametri fisici che possono variare notevolmente da persona a persona.
“Quando si crea un avatar, prendiamo in considerazione, per esempio, come il farmaco viene metabolizzato nel corpo durante il trattamento e quanto alla fine arriva al centro del dolore nel cervello della persona”, spiega il dottor Defraeye.
Per garantire che il dosaggio non sia soltanto sicuro ma anche efficace, il gemello di… silicio può anche ricevere un feedback fisiologico e psicologico dai pazienti reali. Per esempio, gli esseri umani forniscono informazioni su se e in che misura continuano a percepire il dolore.

La durata dei periodi senza dolore è l’informazione dirimente

Di particolare interesse in questi studi è la durata dei periodi senza dolore. E poiché non tutti i giorni sono buoni, e la vita è piena di eventi imprevedibili, l’effettiva percezione del dolore delle persone colpite varia anche molto più di quanto una visita medica ogni due settimane possa monitorare.
“Con questo tipo di feedback dagli esseri umani, l’avatar può aggiustare in maniera dinamica la terapia e persino prevederne il corso”, spiega la ricercatrice dell’EMPA Flora Bahrami.
In futuro, i sensori misureranno anche altri parametri fisiologici come il battito cardiaco o la frequenza respiratoria in tempo reale e lo riferiranno all’avatar.

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Regimi differenziati per uomini e donne, per giovani e anziani

Finora, diverse centinaia di avatar personalizzati sono stati creati e le terapie individuali sono state testate virtualmente in collaborazione con l’Ospedale Cantonale di San Gallo.
“Siamo già stati in grado di dimostrare che il regime di trattamento ottimale per le donne e gli uomini, così come per i giovani e gli anziani, differisce in modo significativo”, continua la dottoressa Bahrami.
La terapia del dolore con cerotti transdermici è soltanto l’inizio del trattamento assistito dall’avatar, però.
In collaborazione con cliniche e ospedali, i ricercatori dell’EMPA hanno già rivolto la loro attenzione ad altre terapie, come la somministrazione di insulina per il diabete, utilizzando la strategia terapeutica dei “gemelli digitali”.