Ogni giorno un nuovo algoritmo sembra consentire ai computer di diagnosticare malattie con una precisione mai vista. E questo rinforza le previsioni secondo cui una AI presto sostituirà (almeno in parte) i medici.
E se i computer potessero sostituire anche i pazienti? Se dei pazienti virtuali potessero sostituire persone reali in alcune fasi della sperimentazione su un farmaco, ad esempio, potrebbero accelerare lo sviluppo? Se ci fosse una “medicina del silicio”?
Allo stesso modo, potenziali vaccini che probabilmente non avrebbero funzionato potrebbero essere “somministrati” a pazienti virtuali. Questo processo ridurrebbe tempi e costi di sperimentazione, ed eviterebbe di testare “candidati” pericolosi su volontari in vita.
La medicina del silicio
È un modo di definire la sperimentazione di farmaci e trattamenti su organi o sistemi corporei virtuali per prevedere come una persona reale risponderà alle terapie.
Nel prossimo futuro saranno sempre necessari pazienti reali negli studi in fase avanzata, ma le prove con pazienti virtuali consentiranno di condurre prime valutazioni rapide ed economiche di sicurezza ed efficacia, riducendo drasticamente il numero di soggetti umani necessari alla sperimentazione.
Come funziona?
Partiamo dal principio: non possiamo parlare di pazienti virtuali senza parlare di organi virtuali. La “modellazione” di un paziente virtuale inizierà raccogliendo tutti i dati anatomici che verranno dalla diagnostica non invasiva di una persona. Questi dati verranno poi incrociati con un modello matematico complesso dei meccanismi che governano la funzione di quell’organo.
Speciali algoritmi in esecuzione su computer potenti (magari computer quantici, tra poco) risolveranno le equazioni e le incognite risultanti, generando un organo virtuale che sembra e si comporta come la cosa reale.
Pazienti virtuali: siamo già ai lavori in corso
La FDA, Food and Drug Administration, l’organo statunitense che si occupa di cibo e farmaci, utilizza già oggi simulazioni al computer al posto di sperimentazioni sull’uomo per valutare nuovi sistemi mammografici. L’agenzia ha anche pubblicato una guida per la progettazione di sperimentazioni di farmaci e dispositivi che includono pazienti virtuali.
HeartFlow Analysis, un servizio basato su cloud approvato dalla stessa FDA, consente ai medici di identificare la malattia coronarica sulla base delle immagini TC del cuore di un paziente. Il sistema HeartFlow utilizza queste immagini per costruire un modello fluidodinamico del sangue che scorre attraverso i vasi sanguigni coronarici, identificando così condizioni anormali e la loro gravità. Senza questa tecnologia, i medici dovrebbero eseguire un angiogramma invasivo per decidere se e come intervenire.
La sperimentazione su modelli digitali di singoli pazienti può anche aiutare a personalizzare la terapia per qualsiasi numero di condizioni ed è già utilizzata nella cura del diabete.
Un approccio che viene dall’ingegneria
La filosofia alla base della medicina in silicio e dei pazienti virtuali non è nuova. La capacità di creare e simulare le prestazioni di un oggetto in centinaia di condizioni operative è stata per decenni una pietra angolare dell’ingegneria. Ad esempio per la progettazione di circuiti elettronici, aeroplani ed edifici.
Restano diversi ostacoli alla sua diffusa attuazione nella ricerca e nel trattamento medico.
Innanzitutto, il potere predittivo e l’affidabilità di questa tecnologia devono essere confermati e ciò richiederà diversi progressi. Questi includono la generazione di database medici di alta qualità da una base di pazienti ampia ed etnicamente diversificata composta da donne e uomini. Il perfezionamento dei modelli matematici per tenere conto dei molti processi di interazione nel corpo. Ulteriori modifiche ai metodi di intelligenza artificiale, sviluppati principalmente per il riconoscimento vocale e di immagini basati su computer e devono essere estesi per fornire intuizioni biologiche.
Serve altra strada, ma il traguardo è magnifico
La comunità scientifica e i partner del settore stanno affrontando questi problemi attraverso iniziative come il Living Heart Project di Dassault Systèmes, HubMAP (una sorta di Google Maps delle cellule) e Microsoft Healthcare NExT.
Negli ultimi anni la FDA e le autorità di regolamentazione europee hanno approvato alcuni usi commerciali della diagnostica basata su computer. Soddisfare le richieste normative però richiede tempo e denaro considerevoli.
La creazione della domanda per questi strumenti è impegnativa, data la complessità dell’ecosistema sanitario. La medicina in silicio deve essere in grado di fornire un valore conveniente a pazienti, medici e organizzazioni sanitarie per accelerare l’adozione della tecnologia.
