Jouw digitale tweeling: dichterbij dan je denkt

Hoe computermodellen gezondheid voorspellen en ziektes helpen voorkomen en genezen

19 april 2018

Stel je voor dat je dokter een digitale kopie van jou in de computer heeft. Waarop een behandeling van eventuele ziektes uitgetest kan worden, als een vrijwilliger die altijd voor je klaarstaat. Jouw digitale tweeling ademt, loopt, kan zijn been breken, of hart- en vaatziekten ontwikkelen. En dat allemaal in de computer. Het klinkt nog als toekomstmuziek, maar onderzoekers over de hele wereld, waaronder aan de Universiteit van Amsterdam, werken hieraan. Dit voorjaar werd de film over het project ‘Virtual Humans’ openbaar gemaakt.

Virtuele hart. Afbeelding: CompBioMed

Al in de jaren 80 van de vorige eeuw begrepen we de elektrische, chemische en mechanische eigenschappen van hartspiercellen, en bestonden er computermodellen van deze cellen. Tegenwoordig kloppen complete virtuele harten in de computer. En ook van veel andere organen bestaan nu zeer realistische computermodellen. Denk hierbij aan het skelet, spieren, longen, bloedvaten, etc.

En de ontwikkelingen gaan razendsnel. De eerste Food and Drug Administration-accreditatie in 2016 was een belangrijke mijlpaal, omdat daarmee werd aangetoond dat computermodellen bruikbaar kunnen zijn in behandelingen van patiënten. En met krachtige computers zoals Cartesius, de nationale supercomputer bij SURFsara in Amsterdam, wordt het mogelijk om een virtueel hart of een virtuele slagader in alle detail door te rekenen. De verwachting is dan ook dat de eerste complete digitale tweeling realiteit wordt in de aankomende 5 tot 10 jaar.

Virtuele slagaders . Afbeelding: ITMO University, Saint Petersburg, Russia

Supercomputers en medische scanners

Naast supercomputers zijn medische scanners de sleutel tot de ontwikkeling van de digitale tweeling. Wat begon met de uitvinding van de microscoop door Antoni van Leeuwenhoek, waarmee de onzichtbare wereld van de cellen en micro-organismen zichtbaar werd, heeft geleid tot hedendaagse technieken waarmee geavanceerde plaatjes van organen en processen te maken zijn. Wetenschappers kunnen op deze manier dus niet zomaar een virtuele fysiologische mens maken, maar deze helemaal vormen naar specifieke kenmerken van een individu.

Verwacht wordt dat de digitale kopie sterk zal bijdragen aan gepersonaliseerde geneeskunde, met een compleet op maat gesneden behandeling voor ziektes, en niet een behandeling die is gebaseerd op wat gemiddeld het beste is voor een grote groep patiënten. Ook kunnen digitale tweelingen gebruikt worden voor in-silico klinische studies, waarbij medicatie wordt getest met computermodellen. De Universiteit van Amsterdam werkt bijvoorbeeld samen met het AMC aan een in-silico klinische trial voor behandeling van acute herseninfarcten. Een snellere en meer efficiënte introductie van nieuwe medicijnen en ook het terugdringen van gebruik van proefdieren in de geneeskunde is het gevolg.

Modellen van de slagader en het immuunsysteem

Met een wereldwijde groep van universiteiten, ziekenhuizen en bedrijven wordt gewerkt aan de ontwikkeling van de digitale tweeling. En daarbij richten onderzoeksgroepen zich op kleinere onderdelen van het lichaam. Veel dan dit onderzoek wordt in het Europese CompBioMed project gedaan, waar ook onderzoekers van het Computational Science Lab van de Universiteit van Amsterdam aan deelnemen.

Prof. dr. Alfons Hoekstra werkt aan de virtuele slagader, en (super-)computing technieken om simulaties mogelijk te maken. Prof. dr. Peter Sloot werkt aan modellen van het immuunsysteem, met toepassingen in bijvoorbeeld HIV en diabetes. En in het Amsterdamse Computational Science Lab wordt ook onderzoek gedaan naar de interactie tussen de digitale tweeling en zijn omgeving.

 

Simulatie van stroming van rode bloedcellen en bloedplaatjes over een stolse ©CompBioMed

De film ‘Virtual Humans’

Het onderzoeksconsortium CompBioMed heeft een film geproduceerd van 10 minuten over de ontwikkeling van de virtual human. Na vertoond te zijn op een aantal Science film festivals is de productie sinds vorige maand openbaar gemaakt op YouTube. In de interviews, met o.a. Alfons Hoekstra, geven de betrokken onderzoekers een update over de ontwikkelingen van de digitale tweeling en de verwachtingen voor de toekomst.

Gepubliceerd door  IVI