Kodėl „skaitmeniniai dvyniai“ gali pagreitinti narkotikų atradimą?

Tai pirmoji iš šešių dalių serijos apie tai, kaip AI keičia medicininius tyrimus ir gydymą.

Širdis priešais mane plaka ir juda kaip žmogaus organas, bet ja neteka kraujas ir negyvena žmogaus kūne.

Tai kompiuteriu sukurta širdis arba skaitmeninis dvynys, naudojamas implantuojamiems širdies ir kraujagyslių prietaisams, pvz., stentams ir proteziniams vožtuvams, išbandyti, kurie, patvirtinus jų saugumą, galiausiai bus naudojami tikriems žmonėms.

Tačiau širdies kūrėjai Adsilico ne tik sukūrė vieną tikslų modelį.

Naudodami dirbtinį intelektą ir didžiulius duomenų kiekius, jie sukūrė kelias skirtingas širdis.

Šios dirbtinio intelekto sukurtos sintetinės širdys gali būti pagamintos taip, kad atspindėtų ne tik biologinius požymius, tokius kaip svoris, amžius, lytis ir kraujospūdis, bet ir sveikatos būklę bei etninę kilmę.

Kadangi šie skirtumai dažnai nepateikiami klinikiniuose duomenyse, skaitmeninės dvynių širdys gali padėti prietaisų gamintojams atlikti bandymus su įvairesnėmis populiacijomis, nei jie galėtų atlikti su žmonėmis, arba bandymus, kuriuose dalyvauja tik skaitmeniniai dvyniai be AI.

„Tai leidžia mums užfiksuoti visą pacientų anatomijos ir fiziologinių reakcijų įvairovę, o tai neįmanoma naudojant įprastus metodus. Šis dirbtinio intelekto naudojimas siekiant pagerinti įrenginių testavimą leidžia sukurti labiau įtraukiančius ir saugesnius įrenginius“, – sako „Adsilico“ vadovė Sheena Macpherson.

2018 metais atliktas tyrimas Tarptautinis tiriamųjų žurnalistų konsorciumas atskleidė, kad medicinos prietaisai sukėlė 83 000 mirčių ir daugiau nei 1,7 mln.

Ponia Macpherson tikisi, kad dirbtinio intelekto varomi skaitmeniniai dvyniai gali sumažinti šiuos skaičius.

„Kad šie įrenginiai tikrai būtų saugesni, reikia juos nuodugniau išbandyti, o klinikinių tyrimų aplinkoje to padaryti neįmanoma dėl išlaidų“, – sako M. Macpherson, gyvenanti Nortumberlande.

„Taigi jūs norite turėti galimybę naudoti kompiuteriu sukurtą versiją, kad įsitikintumėte, jog ką darytumėte, prieš išbandydami su žmogumi, ją išbandėte kuo nuodugniau.

„Netgi dalies tų mirčių – ir susijusių ieškinių – būtų buvę galima išvengti atlikus išsamesnius tyrimus. Taip pat galite gauti išsamesnių rezultatų.

„Galėtumėte paimti tą pačią (virtualią) širdį ir išbandyti esant žemam ar aukštam kraujospūdžiui arba prieš skirtingą ligos progresavimą, kad sužinotumėte, ar tai kokiu nors būdu paveikia prietaisą.

M. Macpherson priduria: „(Virtualus) testavimas medicinos prietaisų gamintojams suteikia daug daugiau įžvalgų. Tai taip pat reiškia, kad galime atlikti tyrimus su kitomis pacientų grupėmis, o ne tik su baltaisiais vyrais, kuriais tradiciškai buvo atlikti klinikiniai tyrimai.

„Adsilico“ dirbtinio intelekto modeliai yra apmokyti remiantis širdies ir kraujagyslių sistemos duomenimis bei realių MRT ir KT nuskaitymų duomenimis, įskaitant sutikimą duodančių pacientų medicininį vaizdą.

Duomenys paimti iš išsamių anatominių širdies struktūrų, padedančių sukurti tikslius skaitmeninius vaizdus, ​​kaip medicinos prietaisai sąveikaus su skirtingomis pacientų anatomijomis.

„Adsilico“ bandymai apima bandomojo įrenginio skaitmeninio dvynio sukūrimą, kuris vėliau įterpiamas į virtualią širdį atliekant AI sukurtą modeliavimą.

Visa tai vyksta kompiuteryje, kur testą galima pakartoti tūkstančiuose kitų širdžių – visose dirbtinio intelekto imituojamose tikros žmogaus širdies versijose. Kita vertus, bandymuose su žmonėmis ir gyvūnais paprastai dalyvauja tik šimtai dalyvių.

Galbūt didžiausia paskata vaistų ir prietaisų gamintojams papildyti klinikinius tyrimus su AI skaitmeniniais dvyniais yra tai, kaip sutrumpėja laikas, o tai taip pat leidžia sutaupyti daug išlaidų.

Pavyzdžiui, vaistų gamintojas „Sanofi“ tikisi sutrumpinti testavimo laikotarpį 20 proc., o taip pat padidinti sėkmės procentą. Ji naudoja skaitmeninę dvynių technologiją savo imunologijos, onkologijos ir retų ligų srityje.

Naudodamasi realių žmonių biologiniais duomenimis, „Sanofi“ kuria dirbtinio intelekto pagrindu imituotus pacientus, o ne tikrus konkrečių asmenų klonus, kuriuos tyrimo metu galima įtraukti į kontrolinę ir placebo grupes.

„Sanofi“ AI programos taip pat sukuria kompiuteriu sugeneruotus bandomo vaisto modelius, sintezuojančias savybes, pavyzdžiui, kaip vaistas būtų absorbuojamas visame kūne, kad jį būtų galima išbandyti su AI pacientais. Programa numato ir jų reakcijas – atkartodama tikrąjį bandomąjį procesą.

„Kadangi klinikinės plėtros metu naujų vaistų pramonės nesėkmių lygis yra 90 proc., tik 10 proc. padidėjus mūsų sėkmės rodikliui naudojant tokias technologijas kaip skaitmeniniai dvyniai galima sutaupyti 100 mln. USD, atsižvelgiant į dideles vėlyvosios klinikinės fazės eksploatavimo išlaidas. bandymai“, – sako Mattas Truppo, pasaulinis „Sanofi“ tyrimų platformų ir skaičiavimo tyrimų bei plėtros vadovas.

Iki šiol rezultatai buvo daug žadantys, priduria Bostone (JAV) gyvenantis ponas Truppo.

„Dar reikia daug nuveikti. Daugelis ligų, kuriomis dabar bandome paveikti, yra labai sudėtingos. Čia atsiranda įrankiai, tokie kaip AI. Naujos kartos skaitmeninių dvynių aprūpinimas tiksliais sudėtingos žmogaus biologijos AI modeliais yra kita riba.

Tačiau skaitmeniniai dvyniai gali turėti trūkumų, sako Charlie Paterson, asocijuotas PA Consulting partneris ir buvęs NHS paslaugų vadovas.

Jis atkreipia dėmesį į tai, kad dvyniai yra tiek pat geri, kiek jie yra mokomi.

„(Dėl) senų duomenų rinkimo metodų ir mažo marginalizuotų populiacijų atstovavimo galime atsidurti tokioje padėtyje, kurioje vis tiek galime įvesti kai kuriuos iš šių šališkumo, kai programuojame virtualų asmenų poilsį.

„Sanofi“ žino ir stengiasi išspręsti problemą, kaip dirbti su ribotais senais duomenimis, kad išmokytų savo AI.

Siekdama užpildyti vidinių duomenų rinkinių, sudarytų iš milijonų duomenų taškų iš tūkstančių pacientų, kuriems kasmet atliekami jo tyrimai, spragas, ji gauna duomenis iš trečiųjų šalių, pvz., elektroninių sveikatos įrašų ir biobankų.

Grįžusi į Adsilico, ponia Macpherson tikisi, kad vieną dieną DI skaitmeninė dvynių technologija pašalins bandymus su gyvūnais iš klinikinių tyrimų, kurie šiuo metu vis dar laikomi esmine vaistų ir prietaisų testavimo proceso dalimi.

„Virtualus mūsų širdies modelis vis dar yra arčiau žmogaus širdies nei šuns, karvės, avies ar kiaulės, kurią jie dažniausiai naudoja implantuojamų prietaisų tyrimams“, – sako ji.