Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Galway δημιούργησαν ψηφιακά μωρά για να κατανοήσουν καλύτερα την υγεία των βρεφών στις κρίσιμες πρώτες 180 ημέρες της ζωής τους. Η ομάδα δημιούργησε 360 προηγμένα μοντέλα υπολογιστών που προσομοιώνουν τις μοναδικές μεταβολικές διαδικασίες κάθε μωρού.
Τα ψηφιακά μωρά είναι τα πρώτα υπολογιστικά μοντέλα ολόκληρου του σώματος που αντιπροσωπεύουν τον μεταβολισμό του νεογέννητου και του βρέφους με 26 όργανα, έξι τύπους κυττάρων και περισσότερες από 80.000 μεταβολικές αντιδράσεις.
Πραγματικά δεδομένα από 10.000 νεογνά, συμπεριλαμβανομένου του φύλου, του βάρους γέννησης και των συγκεντρώσεων μεταβολιτών, επέτρεψαν τη δημιουργία και την επικύρωση των μοντέλων, τα οποία μπορούν να εξατομικευθούν – επιτρέποντας στους επιστήμονες να διερευνήσουν τον μεταβολισμό ενός μεμονωμένου βρέφους για εφαρμογές ιατρικής ακριβείας. Η εργασία διεξήχθη από μια ομάδα επιστημόνων στο Digital Metabolic Twin Center του Πανεπιστημίου του Galway και στο Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης, με επικεφαλής την κύρια ερευνήτρια της APC Microbiome Ireland, την καθηγήτρια Ines Thiele.
Η έρευνα της ομάδας στοχεύει στην προώθηση της ιατρικής ακριβείας χρησιμοποιώντας υπολογιστική μοντελοποίηση. Περιγράφουν την υπολογιστική μοντελοποίηση των μωρών ως πρωταρχική, καθώς ενισχύει την κατανόηση του μεταβολισμού των βρεφών και δημιουργεί ευκαιρίες βελτίωσης της διάγνωσης και της θεραπείας ιατρικών καταστάσεων κατά τις πρώτες ημέρες της ζωής του μωρού, όπως κληρονομικές μεταβολικές ασθένειες.
Η επικεφαλής συγγραφέας Elaine Zaunseder, από το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης, δήλωσε: «Τα μωρά δεν είναι μόνο μικροί ενήλικες – έχουν μοναδικά μεταβολικά χαρακτηριστικά που τους επιτρέπουν να αναπτύσσονται και να μεγαλώνουν υγιή. Για παράδειγμα, τα μωρά χρειάζονται περισσότερη ενέργεια για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος λόγω, για παράδειγμα, την υψηλή τους αναλογία επιφάνειας προς μάζα, αλλά δεν μπορούν να τρέμουν τους πρώτους έξι μήνες της ζωής τους, επομένως οι μεταβολικές διεργασίες πρέπει να διασφαλίζουν ότι το βρέφος διατηρείται ζεστό».
Και συνέχισε λέγοντας: «Ως εκ τούτου, ένα ουσιαστικό μέρος αυτής της ερευνητικής εργασίας ήταν να προσδιορίσει αυτές τις μεταβολικές διεργασίες και να τις μεταφράσει σε μαθηματικές έννοιες που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν στο υπολογιστικό μοντέλο. Καταγράψαμε τον μεταβολισμό με έναν συγκεκριμένο τρόπο οργάνου, ο οποίος προσφέρει τη μοναδική ευκαιρία να μοντελοποιήσουμε τα όργανα συγκεκριμένες ενεργειακές απαιτήσεις που είναι πολύ διαφορετικές στα βρέφη σε σύγκριση με τους ενήλικες».
Αμέσως μετά, η ίδια είπε: «Καθώς η διατροφή είναι το καύσιμο για το μεταβολισμό, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε δεδομένα μητρικού γάλακτος από πραγματικά νεογνά στα μοντέλα μας για να προσομοιώσουμε τον σχετικό μεταβολισμό σε ολόκληρο το σώμα του μωρού, συμπεριλαμβανομένων διαφόρων οργάνων. Με βάση τη διατροφή τους, προσομοιώσαμε την ανάπτυξη ψηφιακών μωρών άνω των έξι μήνες και έδειξαν ότι θα αναπτυχθούν με τον ίδιο ρυθμό με τα βρέφη του πραγματικού κόσμου».
Εν συενχεία, η καθηγήτρια Ines Thiele, επικεφαλής της μελέτης στο έργο, δήλωσε: «Τα προγράμματα προσυμπτωματικού ελέγχου νεογνών είναι ζωτικής σημασίας για την έγκαιρη ανίχνευση μεταβολικών ασθενειών, ενισχύοντας τα ποσοστά επιβίωσης των βρεφών και τα αποτελέσματα υγείας. Ωστόσο, η διακύμανση που παρατηρείται στον τρόπο με τον οποίο εκδηλώνονται αυτές οι ασθένειες στα μωρά υπογραμμίζει το επείγον ανάγκη για εξατομικευμένες προσεγγίσεις στη διαχείριση της νόσου».
Και τόνισε αμέσως μετά: «Τα μοντέλα μας επιτρέπουν στους ερευνητές να διερευνήσουν τον μεταβολισμό υγιών βρεφών καθώς και βρεφών που πάσχουν από κληρονομικές μεταβολικές ασθένειες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που διερευνήθηκαν στον προσυμπτωματικό έλεγχο νεογνών. Κατά την προσομοίωση του μεταβολισμού βρεφών με ασθένεια, τα μοντέλα έδειξαν ότι μπορούμε να προβλέψουμε γνωστούς βιοδείκτες για αυτές τις ασθένειες Επιπλέον, τα μοντέλα προέβλεψαν με ακρίβεια τις μεταβολικές αποκρίσεις σε διάφορες θεραπευτικές στρατηγικές, επιδεικνύοντας τις δυνατότητές τους σε κλινικά περιβάλλοντα».
Τέλος, η Elaine Zaunseder πρόσθεσε: «Αυτή η εργασία είναι ένα πρώτο βήμα προς τη δημιουργία ψηφιακών μεταβολικών διδύμων για βρέφη, παρέχοντας μια λεπτομερή εικόνα των μεταβολικών διεργασιών τους. Τέτοια ψηφιακά δίδυμα έχουν τη δυνατότητα να φέρουν επανάσταση στην παιδιατρική υγειονομική περίθαλψη επιτρέποντας προσαρμοσμένη διαχείριση της νόσου για τις μοναδικές μεταβολικές ανάγκες κάθε βρέφους».
