Gemello digitale per il monitoraggio personalizzato dell’infiammazione
Immaginate di avere un modello virtuale del funzionamento del vostro corpo, un gemello digitale in grado di simulare la vostra risposta alle malattie o ai trattamenti. I gemelli digitali vengono utilizzati da tempo in campi come l’ingegneria e la climatologia, ma non ancora nella sanità. Combinando il profilo genetico e l’anamnesi di un paziente con dati biometrici in tempo reale, i gemelli digitali consentono ai medici di prevedere i rischi per la salute prima della comparsa dei sintomi. Nelle malattie infiammatorie come la sepsi o la COVID-19 grave, dove l’intervento precoce è fondamentale, questa capacità predittiva potrebbe salvare vite umane.
Superare le sfide legate ai gemelli digitali
Nonostante le promesse, la costruzione di gemelli digitali da utilizzare in tempo reale nell’assistenza clinica rimane una sfida. I requisiti comprendono non solo dati dettagliati dei pazienti ma anche sensori in grado di acquisirli continuamente, algoritmi che li analizzano accuratamente e modelli biologici che aiutano a interpretare il significato dei dati. Il progetto DIGIPREDICT(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha riunito tutti questi componenti per aprire la strada alla tecnologia del gemello digitale per il monitoraggio delle infiammazioni.
Sensori indossabili con precisione in tempo reale
Un obiettivo chiave di DIGIPREDICT è stato quello di sviluppare sensori indossabili in grado di rilevare specifici biomarcatori di infiammazione direttamente dalla pelle. I sensori sono combinati con microaghi di silicio che estraggono il fluido interstiziale in modo indolore e ad alta efficienza. Questo design innovativo consente il monitoraggio dei biomarcatori senza la necessità di prelevare sangue. Il team ha prodotto sensori multimodali di lattato e sensori di pH(si apre in una nuova finestra) con una gamma dinamica dieci volte superiore alle tecnologie attuali. È stato così possibile rilevare i cambiamenti critici nel metabolismo dei tessuti. Il progetto è stato inoltre pioniere del primo sensore indossabile(si apre in una nuova finestra) per la proteina C-reattiva (CRP), un marcatore chiave dell’infiammazione, utilizzando una tecnica elettrochimica in tempo reale chiamata spettroscopia di impedenza. «Questi sensori ci offrono una finestra continua e non invasiva sullo stato infiammatorio del paziente», spiega Adrian Ionescu, coordinatore del progetto.
Organ-on-chip per un monitoraggio più intelligente
Per garantire che i sensori catturino i segnali più significativi, DIGIPREDICT ha anche sviluppato modelli di Organ-on-chip. Questi fungono da gemelli fisici, aiutando i ricercatori a simulare come potrebbe svilupparsi l’infiammazione, come ad esempio una tempesta di citochine, in pazienti reali. Per studiare le risposte all’infiammazione e per esplorare il modo in cui diversi farmaci interagiscono con i tessuti infiammati sono state utilizzate anche le piattaforme heart-on-chip e vessel-on-chip. Secondo Ionescu: «I sistemi Organ-on-chip sono stati fondamentali per l’identificazione dei giusti biomarcatori e per la validazione delle nostre tecnologie indossabili».
Algoritmi di intelligenza artificiale
Il potere predittivo di DIGIPREDICT non deriva solo dai sensori. Algoritmi avanzati di intelligenza artificiale integrano i dati provenienti da diversi ospedali, anche quando le cartelle cliniche dei pazienti sono incomplete. Inoltre i modelli sono stati addestrati in diverse istituzioni senza la necessità di condividere dati sensibili. Questo non solo ha garantito la privacy, ma ha anche aiutato a costruire strumenti più precisi. «I nostri algoritmi trattano i dati mancanti come una caratteristica significativa, migliorando di fatto la previsione», sottolinea Ionescu.
Dalla ricerca alla clinica
Uno dei risultati principali del progetto è stata la dimostrazione che i loop di gemelli digitali che integrano rilevamento, modellizzazione e previsione possono funzionare in ambienti clinici in tempo reale. Il loro sensore di lattato indossabile si sta ora avviando verso la marcatura CE, con il partner industriale Xsensio SA(si apre in una nuova finestra) che lo sta preparando per l’uso commerciale. Un altro importante percorso di sfruttamento è rappresentato dalla realizzazione da parte di Ascilion(si apre in una nuova finestra) di microaghi in silicio per l’estrazione del fluido interstiziale. In prospettiva, i risultati di DIGIPREDICT saranno esplorati nel nuovo progetto RealCare(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, per il monitoraggio delle malattie cardiovascolari e del cancro. «I gemelli digitali sono la via da seguire per una gestione della salute più intelligente e sostenibile, incentrata sull’individuo», conclude Ionescu.
