Content area

|

Sig goddag til patientens digitale tvilling

Hvis behandling i fremtiden skal være mere personlig, skal medicin og andre behandlinger kunne testes på en digital model af en patient, en såkaldt digital tvilling. Det er visionen, og selv om den ligger ude i fremtiden, rykker vi hele tiden nærmere den dag, hvor hver patient har sin egen tvilling.

Bioinformatiker, professor Søren Brunak arbejder med big data, som er det "foder" en digital tvilling lever af. Foto: Københavns Universitet, SUND Kommunikation.
Af
Antje Poulsen, antje@videnskabogsundhed.dk

Hvad har mennesker til fælles med biler, broer og bygninger? Ikke voldsomt meget, ville de fleste læger sige. Men spørg en ingeniør i stedet, og du vil få et andet svar: Menneskekroppen er et komplekst, dynamisk system, som kan beskrives i matematiske formler, i princippet akkurat som en Audi, The Golden Gate og Burj Khalifa.

Så hvorfor skulle lægevidenskaben ikke lade sig inspirere af en af tidens hotteste industrielle trends »den digitale tvilling« og udvikle patienternes virtuelle alter ego? En digital tredimensionel version af mennesket, formet af ettaller og nuller, bygget på data om og matematiske modeller af de mekaniske, fysiske og biokemiske funktioner i en menneskekrop og koblet med data om den enkelte patient lige fra genomet til barndommens mæslinger, over ungdommens klamydia til voksenalderens snigende overvægt og alderdommens gigtplagede led. Om forbrug af ost og rødvin, cola og pommes frites. Om motionsvaner og familiehistorik. Og med løbende opdateringer om hjerterytme og andre vitale processer via sensorer i wearables. Så kunne lægen teste behandlinger på tvillingen og dermed sikre en langt større træfsikkerhed end i dag, hvor f.eks. kun 30-50 pct. af patienterne har gavn af den medicin, som udskrives. Medicinalindustrien kunne spare forsøgsdyr og kliniske test, patienten selv kunne følge sit helbred meget tættere. En digital tvilling ville desuden være et nyttigt redskab for forskere og undervisere.

Sådan omtrent lyder den løfterige ide bag »den digitale tvilling«, som flere forskermiljøer og virksomheder på tværs af landegrænser lige nu arbejder på at udvikle.

Alle borgere skal have en »avatar«

Ideen om den digitale tvilling er ikke ny, men den er genopfundet flere gange af skiftende konstellationer af europæiske forskningsinstitutioner, organisationer og virksomheder og finansieret under forskellige EU-programmer. En af de ældste er nonprofitorganisationen »The Virtual Physiological Human (VPH) Institute in Europe«, som fik støtte af EU's syvende rammeprogram for forskning og teknologisk udvikling i 2007-2013. Et af de nyeste er »Health EU« med sloganet: Human avatars to prevent and cure diseases. Projektet har netop søgt om midler fra EU’s 2020 Horizon.

Alt efter projekt har den digitale tvilling forskellige navne: »virtuelt menneske«, »skytsengel«, »digital patient« eller »avatar« – men i store træk er målet det samme: Alle borgere skal have deres egen digitale tvilling. Nogle forskere er mere futuristiske end andre og sigter på en en til en-model, mens andre understreger, at de ikke forestiller sig en tro kopi, men en mere grovkornet eller specialiseret version af et menneske, som så kan »tankes op« med individuelle data alt efter behov.

Men får sådan en digital tvilling nogensinde ben at gå på?

Spørgsmålet lander på bordet foran bioinformatiker, professor Søren Brunak, leder af proteincentrets afdeling for bioinformatik og systembiologi, som holder til på Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet på Københavns Universitet. Han arbejder med big data, som er det »foder« en digital tvilling skal leve af.

»Jeg tror på ideen om digitale tvillinger, men ikke i en en til en-version. Jeg har en meget praktisk tilgang til det. For det første kan jeg ikke se ret mange situationer, hvor man som læge har brug for at have en komplet kopi af mennesket. Som regel vil man bruge en tvilling til at løse et praktisk spørgsmål i en klinisk sammenhæng for at afgøre, om patienten skal have den ene eller den anden behandling, og der har man ikke brug for en kopi af hele patienten. For det andet tror jeg ikke, at det er muligt at skabe en en til en-tvilling. Du kan lave individuelle modeller af enkelte sygdomme og organsystemer, men det at sætte dem sammen, så du kombinerer det biokemiske og det fysiske, er meget komplekst«, siger han.

De store tvillingprojekter er da heller ikke i nærheden af at stykke et digitalt menneske sammen. Til gengæld findes der mange delprojekter med modeller af en konkret sygdom, en legemsdel eller et organsystem. Og de rykker stærkt med ny teknologi netop nu, så modellerne bliver stadig mere detaljerede, bl.a. fordi det bliver muligt at skelne mellem forskellige vævs- og celletyper i takt med, at menneskets celler bliver kortlagt i det internationale forskersamarbejde »The Human Cell Atlas«. Tilsvarende er proteinernes lokalisering ved at blive kortlagt i det svenske »The Human Protein Atlas«.

Hjertet har sin egen tvilling

Det mest avancerede og indtil videre mest vellykkede delprojekt er »The living heart«, en »tvilling« af menneskehjertet, lanceret af det franske software firma Dassault Systèmes i 2015, som indtil da udelukkende havde fremstillet digitale tvillinger til industrien.

Manden bag hedder Steven Levine, og han udviklede modellen til sin datter, som har en sjælden medfødt hjertefejl. Der er byttet rundt på hjertekamrene hos hende. Lægerne havde svært ved at hjælpe, og derfor skabte Levine hjertet, hvor patientens egne skanninger bliver omsat til en detaljeret tredimensionel model med over 200.000 bittesmå digitale pyramider med hver deres elektriske og muskulære egenskaber. Hjertet pumper som det rigtige hjerte, og lægen kan manipulere det, skære i det, indsætte en mekanisk pumpe, teste forskellige behandlinger og forudsige resultatet af en konkret behandling. Hjertet kan også ses som et hologram, og lægen kan med virtual reality-briller gå på opdagelse i hjertekamre og pulsårer. Igennem to år arbejdede flere end 100 forskere, ingeniører, kardiologer og andre eksperter fra 30 forskellige samarbejdspartnere på projektet. Dassault Systèmes næste skridt bogstaveligt talt er en detaljeret model af menneskets fod – og endemålet: et helt menneske.

Sheffield University i England er en anden af de store aktører – flere end 140 læger, matematikere og it-folk arbejder på computersimuleringer af bl.a. knogler, som giver lægerne mulighed for at beregne brudrisikoen for osteoporosepatienter.

Og flere forskergrupper bl.a. i Tyskland og England udvikler virtuelle cancertumorer, som kan forsynes med individuelle data fra patienternes tumorer, så lægen kan vælge den mest virksomme kemoterapi.

I alle tilfælde er grundlaget for en digital tvilling udnyttelse og deling af big data. En sand eksplosion i data og metoderne til at analysere dem inden for de seneste få år har sat skub i hele feltet.

Kortlægger vejen fra rask til syg

I Danmark koger og syder det også i den store gryde med big data. Søren Brunak træner algoritmer til at finde sammenhænge i, hvad der for et menneske ville være umulige mængder af data at tygge sig igennem.

Sammen med sit team har han netop modtaget 60 mio. kr. fra Novo Nordisk Fondens Challenge Programme til et stort internationalt big Data projekt, som skal kaste nyt lys på overgangen fra rask til syg med særlig fokus på diabetes. Data fra bl.a. 120.000 raske bloddonorer indgår i projektet.

»Målet er at identificere de forskellige veje til en diabetes diagnose, men også til andre sygdomme, og finde ud af i hvilken rækkefølge sygdommene optræder over et livsforløb, hvordan de provokerer hinanden, om de er udløst af en behandling som for eksempel stråling, og i det hele taget, hvordan de forskellige miljømæssige og arvelige faktorer interagerer,« forklarer Søren Brunak.

Projektet er et eksempel på de Big Data-analyser, som kan udgøre grundlaget for en digital tvilling, og hjælpe lægen til at vælge den mest effektive behandling til netop den patient, hun sidder over for.

»Vi arbejder hen imod at underinddele patienterne mere og mere i nogle grupper, og ultimativt har vi noget, du kan kalde en digital tvilling. Men på vejen vil jeg gerne se hovedgrupperne, som man kan forholde sig til i klinikken. Så lægen kan sige, at den her patient hører til i gruppe tre, og vi går straks i gang med behandling nr. 4«.

Hvornår den digitale tvilling finder vej til klinikken er endnu et åbent spørgsmål, men den kommer, og den bliver et vigtigt beslutningsunderstøttende redskab for lægen, mener Søren Brunak.

💬 0 Kommentarer

Right side

af John Henrik Jurlander | 22/05
1 Kommentar
af Nicolas Storm | 19/05
3 kommentarer
af Sten Arne Oyre | 18/05
2 kommentarer
af Pedram Kazemi-Esfarjani | 18/05
2 kommentarer
af Helle Holst | 18/05
1 Kommentar
af Kirsten Bække Franck | 17/05
9 kommentarer
af Finn Østergård Bærentzen | 16/05
1 Kommentar
af Allan Carlé | 16/05
8 kommentarer
af Sven Felsby | 14/05
1 Kommentar
af Thorkil Poulsen | 13/05
5 kommentarer