In sintesi
Sembra fantascienza ma ormai è realtà. Grazie alle nuove tecnologie è possibile riprodurre virtualmente un oggetto, un processo ma anche una persona fisica. Nel mondo industriale si utilizzano i gemelli digitali già da tempo, nel mondo medico siamo agli albori ma si pensa che gli sviluppi saranno significativi.
Digital Twin
Il gemello digitale è la replica virtuale di un’entità fisica, che viene costantemente aggiornata tramite l’acquisizione di dati provenienti dal mondo reale. I gemelli digitali o in inglese digital twin sono utilizzati per creare una simulazione della realtà in modo da prevedere come si comporterà un prodotto o un processo.
Il modello concettuale si basa su tre elementi:
- l’oggetto fisico esistente nel mondo reale
- la rappresentazione digitale dell’oggetto reale
- la connessione tra oggetto reale e prodotto digitale
È proprio la connessione tra oggetto reale e prodotto digitale con scambio continuo e bidirezionale di dati a rendere il gemello uno strumento predittivo estremamente utile [1] [2].
Quando è nato il primo gemello digitale?
Il primo esempio di gemello digitale risale al 1970 e proviene dal mondo aerospaziale, più precisamente dalla missione Apollo 13. La NASA già in quegli anni usava veicoli spaziali identici a quelli in orbita in modo da poter testare le procedure sulla terra.
Con la missione Apollo 13, nota per il famoso “Houston we have had a problem”, abbiamo avuto dimostrazione concreta dell’efficacia di questo sistema innovativo: grazie all’utilizzo del gemello digitale infatti sono state riprodotte le problematiche che gli astronauti stavano vivendo nel cosmo e attraverso una serie di tentativi ed errori è stata trovata la soluzione e sono stati messi in salvo gli astronauti.
Questa tecnologia, nata nel mondo aerospaziale, ha iniziato a diffondersi nel mondo industriale dopo il 2010 e solo attualmente lo sta rivoluzionando permettendo di progettare con il massimo livello di efficienza possibile.
Gli sviluppi in medicina
Anche in ambito medico sempre più spesso si parla di gemelli digitali. Come nel mondo industriale il concetto di gemello digitale in medicina si basa su tre elementi:
- il soggetto fisico,
- la rappresentazione del soggetto tramite software
- il collegamento tra i due.
La porta di connessione tra il soggetto reale e il gemello digitale avviene tramite gli oggetti collegati in rete (Internet of things, IoT).
Si ipotizza che potranno esservi molteplici ambiti di applicazione ma in particolare si sta studiando l’utilizzo del gemello digitale nel mondo della ricerca e della pratica medica.
Per quanto riguarda la ricerca nel mondo farmaceutico si ritiene infatti che i gemelli digitali possano diventare estremamente utili per accelerare il tempo di sviluppo di nuove molecole con un risparmio di costi. Sappiamo infatti che una delle fasi più lunghe e dispendiose nella ricerca clinica è l’individuazione di pazienti arruolabili negli studi clinici in quanto occorre molto tempo per individuare e selezionare soggetti con caratteristiche ben definite. Durante lo studio i pazienti possono non rispettare il protocollo oppure decidere di uscire dal trial rendendo necessario reperire dati da altri studi. L’utilizzo del gemello digitale può consentire la prosecuzione dello studio riducendo tempi e costi.
Per quanto riguarda la pratica medica invece si ritiene che con l’utilizzo del gemello digitale il medico possa rendere la medicina sempre più personalizzata.
Con il gemello digitale infatti possiamo ottenere un modello del paziente in grado di integrare più informazioni: non solo le caratteristiche cliniche e i parametri vitali ma anche abitudini di vita (per esempio quante ore dorme ogni notte, se fa attività fisica, con quale frequenza, intensità eccetera) e ancora con caratteristiche dell’ambiente in cui vive il soggetto fino a caratteristiche individuali acquisibili dall’applicazione delle scienze omiche (genomica, proteomica eccetera).
Lo scopo è quello di avere un modello che rispecchi il soggetto reale sul quale poter simulare il trattamento e valutarne gli effetti. Lo sviluppo di tecnologie basate sull’intelligenza artificiale sta aiutando a migliorare sempre di più tale predizione anche se ci sono ancora difficoltà nell’acquisire informazioni precise e accurate.
Attualmente le applicazioni del gemello digitale in medicina sono in fase iniziale, tuttavia, sappiamo che i primi esempi di gemelli digitali sono stati sviluppati in ambito:
- ortopedico per predire le proprietà biomeccaniche della spina dorsale lombare in differenti posture,
- cardiologico per definire come intervenire chirurgicamente
- farmacologico per studiare le interazioni tra farmaco e determinati organi [1] [2].
Bibliografia
- Maged N, Boulos K, Zhang P. Digital twin: from personalized medicine to precision public health. J Pers Med 2021;11:745
- Sun T, He X, Song X, et al. The digital twin in medicine: a key to the future in healthcare? Front Med 2022;9:907066.
