Zanim lek trafi do pacjenta, przetestują go na komputerze. Polska rozwija przełomową technologię

• Projekt TwinMed, polska inicjatywa wpisana na strategiczną mapę rozwoju nauki, ma wprowadzić cyfrowe bliźniaki do medycyny.
• Dzięki zaawansowanym modelom komputerowym naukowcy i firmy będą mogły szybciej opracowywać innowacyjne leki i technologie medyczne.
• TwinMed stworzy unikalne w Europie zaplecze do badań, umożliwiające bezpieczne korzystanie z danych medycznych z wielu ośrodków.

Rewolucja w medycynie: cyfrowe bliźniaki przyspieszą odkrycia

Rewolucja w medycynie może nadejść szybciej, niż myślimy, dzięki cyfrowym bliźniakom. Te zaawansowane komputerowe modele białek, narządów, a nawet całych pacjentów obiecują znacząco przyspieszyć proces tworzenia nowych leków i technologii medycznych.

Polska odgrywa w tym kluczową rolę, uruchamiając projekt TwinMed - pionierskie centrum technologii cyfrowego bliźniaka w biomedycynie i medycynie personalizowanej, które zostało wpisane na prestiżową Polską Mapę Infrastruktury Badawczej. Inicjatywa ta odpowiada na pilną potrzebę Europy, która wciąż nie dysponuje wspólnym zapleczem do rozwijania i weryfikowania tych innowacyjnych modeli.

Wpisanie na Polską Mapę Infrastruktury Badawczej (PMIB), czyli listę projektów strategicznych dla rozwoju nauki i kraju, potwierdza doniosłość TwinMed. To lista prowadzona przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, obejmująca najważniejsze urządzenia, laboratoria i systemy badawcze w Polsce.

Po ostatniej aktualizacji w latach 2024-2026 lista zawiera 165 projektów ocenionych przez blisko 300 ekspertów z Polski i zagranicy. Choć obecność na Mapie otwiera drzwi do finansowania, nie gwarantuje automatycznego przyznania środków - to sygnał o strategicznym znaczeniu przedsięwzięcia.

Twórcy TwinMed zamierzają ubiegać się o środki na jego realizację z programów przeznaczonych dla projektów z PMIB, w tym z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG).

Czym jest TwinMed i kto za nim stoi?

Czym dokładnie jest TwinMed? To skrót od Centrum Technologii Cyfrowego Bliźniaka w Biomedycynie i Medycynie Personalizowanej. Nie chodzi jednak o jeden budynek, lecz o ambitny plan stworzenia wspólnego zaplecza, które połączy siły wielu ośrodków.

Będzie to rozproszona infrastruktura składająca się z superkomputerów do zaawansowanych obliczeń, specjalistycznego oprogramowania i bezpiecznych narzędzi do przetwarzania danych medycznych. Celem jest umożliwienie badań na skalę, jakiej nie byłaby w stanie udźwignąć pojedyncza jednostka naukowa czy firma.

Koncepcję TwinMed współtworzyło Małopolskie Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego (MCB UJ), które jest liderem konsorcjum. W przygotowanie wniosku o wpis na PMIB zaangażowane były także: ACK Cyfronet AGH, Wrocławskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe Politechniki Wrocławskiej oraz Sano - Centrum Zindywidualizowanej Medycyny Obliczeniowej - Międzynarodowa Fundacja Badawcza.

W prace włączone są również inne jednostki Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Collegium Medicum UJ. Jak wyjaśnił koordynator projektu, dr hab. inż. Paweł Łabaj, profesor UJ, pomysł narodził się z analizy badań prowadzonych w krakowskich ośrodkach. Okazało się, że wiele zespołów już rozwija komputerowe modele procesów biologicznych - od pojedynczych cząsteczek, przez narządy, aż po całe populacje.

TwinMed ma zapewnić warunki do dalszego rozwoju, weryfikacji i udostępniania tych modeli innym badaczom oraz przedsiębiorstwom. W praktyce oznacza to rozbudowę centrów obliczeniowych oraz uruchomienie lokalnych punktów w placówkach, gdzie dane są generowane lub przygotowywane do analizy.

Jak cyfrowe bliźniaki zmienią leczenie i medycynę?

Profesor Łabaj tłumaczy, że cyfrowe bliźniaki to komputerowe odwzorowania na przykład białek, tkanek, narządów czy nawet całych pacjentów, które są na bieżąco łączone z rzeczywistymi pomiarami. Dzięki temu modele mogą być aktualizowane wraz z pojawianiem się nowych danych, odzwierciedlając zmiany zachodzące w realnym świecie.

Potencjalne zastosowania są szerokie i obiecujące:

• Na poziomie molekularnym modele pozwalają na przykład sprawdzać, do których fragmentów białek mogą przyłączyć się substancje używane w diagnostyce lub leczeniu.
• Modele tkanek umożliwiają badanie, jak rozprzestrzeniają się wirusy.
• Modele mikrobiomu jelitowego pomagają oceniać wpływ leków na mikroorganizmy żyjące w układzie pokarmowym.
• Wirtualni pacjenci to narzędzia do kształcenia lekarzy i planowania skomplikowanych zabiegów.
• Modele populacji mogą pomóc w prognozowaniu rozprzestrzeniania się patogenów i tworzeniu systemów wczesnego ostrzegania przed epidemiami.

Innym, bardzo istotnym kierunkiem, jest generowanie sztucznych pacjentów, czyli zestawów danych odzwierciedlających cechy i stan zdrowia prawdziwych osób. - Takie podejście może być pomocne zwłaszcza w chorobach rzadkich, w których liczba chorych, a więc i danych do badań, jest ograniczona - wyjaśnił prof.

Łabaj. Naukowiec dodał, że cyfrowe bliźniaki mogą również ograniczyć potrzebę wykorzystania zwierząt laboratoryjnych w badaniach, choć nie oznacza to całkowitego wyeliminowania takich doświadczeń ani rzeczywistych obserwacji pacjentów.

Bezpieczeństwo danych i europejska współpraca

Choć sama idea cyfrowego bliźniaka nie jest nowa i rozwijają ją różne zespoły na świecie, profesor Łabaj podkreśla, że w Europie brakuje wspólnego zaplecza. Takie zaplecze pozwoliłoby weryfikować modele na danych z różnych ośrodków i udostępniać je szerszej grupie naukowców oraz firm.

Tę lukę ma wypełnić właśnie TwinMed. - Narzędzie wytrenowane na danych z jednego szpitala trzeba bowiem ocenić na niezależnych zbiorach, obejmujących pacjentów z innych placówek i regionów. Dopiero takie porównanie pozwala określić, w jakich warunkach można mu ufać - powiedział naukowiec.

TwinMed ma zapewnić bezpieczny dostęp do danych medycznych na dwa sposoby:

• W pierwszym, dane będą trafiać do chronionego środowiska obliczeniowego, gdzie firma lub instytucja będzie mogła umieścić swój model, trenować go i sprawdzać jego skuteczność, bez pobierania dokumentacji pacjentów na własne komputery.
• W drugim wariancie, dane pozostaną w szpitalach lub innych placówkach, które je zgromadziły.

  Tam trafi model lub zadanie obliczeniowe, a na zewnątrz będą przekazywane jedynie odpowiednio zabezpieczone wyniki lub aktualizacje.

Profesor Łabaj wyjaśnił także, że TwinMed ma pomóc w przygotowaniu się do nowych unijnych zasad korzystania z danych medycznych, które zostały przyjęte na poziomie UE w zeszłym roku i są obecnie wdrażane do krajowego prawodawstwa.

Celem jest, aby informacje zebrane podczas leczenia pacjentów mogły służyć również naukowcom i firmom, na przykład do opracowywania leków czy sprawdzania nowych metod diagnostycznych. Dostęp będzie wymagał zezwolenia, a analizy mają odbywać się w warunkach chroniących prywatność pacjentów.

TwinMed ma dostarczyć narzędzi do przygotowania i zabezpieczenia tych danych, a także środowiska komputerowego, w którym uprawnione zespoły będą mogły je analizować.

Profesor Łabaj zaznaczył, że sposób pracy wypracowany w projekcie mógłby posłużyć jako wzór dla szpitali w całej Polsce, a docelowo z tego zaplecza mieliby korzystać także partnerzy z innych krajów. - Pojawienie się takiej platformy byłoby korzystne dla Polski, ale też dość unikalne na skalę europejską - podsumował ekspert.