Forradalmi áttörés küszöbén az orvostudomány, különleges modellek segíthetnek a gyógyításban és a megelőzésben + videó

Az egyre nagyobb méreteket öltő digitalizálódás hétköznapi életünk mellett az orvostudományt is átalakítja. A barcelonai központú Barcelona Supercomputing Center a közelmúltban fontos áttörést ért el a digitális modellezés területén: elkészítették egy szív digitális változatát.

Tudósok az emberi szív digitális változatát hozták létre azzal a céllal, hogy javítsák a prediktív, azaz a megelőző orvoslást. Fotó: Godong

A Barcelona Supercomputing Center (BSC) biomechanikai csoportjának vezető mérnöke, Jazmin Aguado-Sierra a világ egyik vezető tudományos múzeumában, a londoni Science Museumban osztotta meg a nagyközönséggel a nagy méretű virtuális modellt. A tudós szerint a digitális szív pixelei hűen tükrözik a szívet működtető elektromos impulzusok, az izom-összehúzódás és a véráramlás közötti kölcsönhatásokat, amiből rendkívül fontos diagnosztikai következtetéseket lehet levonni az egyénre vonatkozóan.

Az emberi szív naponta százezerszer ver a kellő mennyiségű oxigén érdekében. Fotó: Sean Gallup

Digitális szív a hosszabb életért

„Lenyűgöző volt, amikor először láttam a szívemet pumpálni a képernyőn. Az élethű egyéni karakterjegyek megjelenítése teljesen megváltoztatja a modellezés módját. A szuperszámítógépeknek köszönhetően nemcsak sokkal pontosabbá, hanem gyorsabbá is válik a folyamat. Minél többet tudok meg a szívemről, annál több új protokollt vagy tesztet tudok készíteni. Ez különösen izgalmas az előrejelzésen alapuló és a személyre szabott orvoslás jövőjének szempontjából“ – árulta el Aguado-Sierra a BBC-nek.

A legfontosabb emberi szerv működésének szimulálásához a BSC MareNostrum névre hallgató szuperszámítógépére volt szükség, ami Európa legnagyobb teljesítményű és legenergiahatékonyabb (továbbá a világ nyolcadik legnagyobb, illetve hatodik legenergiahatékonyabb) komputere.

A MareNostrum 180 négyzetméteren terül el, és másodpercenként 314 millió számítás elvégzésére képes. A hardvert időjárás-előrejelzések készítése és a gyógyszerkutatás segítése mellett az emberi géntérkép megismerésére fejlesztették ki 2005-ben, jelenleg pedig már az ötödik generációnál tart.

Az emberi szív naponta átlagosan százezerszer ver, hogy kellő mennyiségű oxigénnel lássa el az szervezetet, átlagos élettartama alatt 2,2-3 milliárdszor húzódik össze. Aguado-Sierra elmondta, hogy a modell alkalmas a különböző szívállapotok szimulációjára, így mutatva meg, miért ver túl gyorsan, túl lassan vagy éppen szabálytalanul. Ennek köszönhetően a közeljövőben már jóval korábban fel lehet ismerni számos szokatlan mintázatot (például az öregedés okozta eltéréseket), így előrejelezhetővé válhat a szív- és érrendszeri betegségek jó része. 

A szimuláció alkalmazási lehetőségei a klinikai kutatásoktól kezdve a szívproblémák diagnosztizálásán át az új gyógyszerek, műtétek és kezelések teszteléséig terjednek – még mielőtt azokat valóban alkalmaznák a betegeken. 

Aguado-Sierra szerint a jövőben akár egész testek „digitális ikreinek” az elkészülése is lehetővé válhat, ami még pontosabbá és megbízhatóbbá teszi a különféle betegségek előrejelzését, diagnosztizálását és kezelését.

A 3D-s modell elsősorban az MRI képalkotó technológia adataiból táplálkozik, ami az elektromos impulzusok és a szívszövetek mágneses rezonanciáját mutatja – jelenleg ez a létező legmodernebb képalkotó eljárás. A szív anatómiai paramétereit ezután beírják a működést leíró matematikai egyenletekbe, és az Alya Red névre hallgató, kifejezetten a szerv modellezésére kifejlesztett szoftver segítségével virtuálisan reprodukálják a szívét, amit utána a BSC adatvizualizációs csoportja jelenít meg látványos animációként. Az ötmilliárd alapváltozó kiszámításához a MareNostrum és az Alya Red hardver–szoftver párosnak csupán kilenc órára van szüksége, egy embernek ugyanez megközelítőleg 57 milliárd évébe telne.

A digitális szív jelenleg is megtekinthető a Science Museumban. A BSC-vel szoros együttműködésben álló ELEM Biotech nevű startup társalapítója, Mariano Vazquez szerint nemcsak jobb, gyorsabb és kifinomultabb gyógyászati eszközöket és eljárásokat hoznak létre egymás után, hanem olcsóbbakat is, amelyek végül eljuthatnak majd a betegekhez, forradalmasítva a hétköznapi betegellátást. Addig azonban a közönségnek be kell érne a kiállítással, és várni, hogy a fejlesztés mikor lesz ugyanúgy a hétköznapjaink része, mint az internetes leletkiadás.