Tantangan global yang membutuhkan inovasi • scientia.global
Stroke adalah penyebab utama ketiga dari kematian dan kecacatan di seluruh dunia, tetapi sayangnya, alat diagnostik saat ini tidak memuaskan. Dr Roustem Miftahof dan Dr Alexander Hermann di Advanced Biosimulation Technologies LLC, AS, mengatasi keterbatasan alat diagnostik yang ada dengan pengembangan mesin unit neuro-glia-vaskular. Alat transformatif ini untuk dokter dan peneliti biomedis memberikan wawasan kesehatan khusus pasien dengan potensi untuk meningkatkan perawatan tidak hanya pada stroke tetapi juga di berbagai gangguan neurologis.
Stroke: Insiden, Dampak, dan Perawatan
Stroke adalah penyebab utama ketiga dari kematian dan kecacatan di seluruh dunia. Secara global, lebih dari 100 juta orang hidup dengan gejala sisa yang melemahkan, termasuk efek fisik langsung seperti kelumpuhan, gangguan bicara, dan kesulitan menelan, dan efek fisik dan tidak langsung seperti kelelahan mental, kecemasan, dan depresi. Sementara perawatan pasien didukung oleh penggunaan alat diagnostik yang menginformasikan pengambilan keputusan medis, diagnosis yang berpusat pada pasien paling baik dipraktikkan melalui pengambilan keputusan bersama; Dialog berulang antara dokter dan pasien, yang menghormati kebutuhan, nilai, preferensi, dan keadaan pasien.
Keterbatasan neuroimaging konvensional dalam stroke: Kebutuhan untuk wawasan dinamis, khusus pasien
Teknik pencitraan medis konvensional, seperti computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), perfusi CT, hybrid ultrasound computed tomography (US/CT) dan positron emisi tomografi (PET/CT dan PET/MRI), memberikan visualisasi resolusi statis dari anatomi otak dan pemulihan yang tidak ada. dan bagaimana otak sebenarnya berfungsi secara real time. Meskipun modalitas ini menawarkan beberapa informasi fisiologis dan berpotensi prognostikasi, informasi ini seringkali terlalu kasar dan tidak memadai untuk pasien stroke tertentu.
Untuk mengatasi keterbatasan ini, para ilmuwan dan insinyur komputer, yang dipimpin oleh Dr Roustem Miftahof dan Dr Alexander Hermann di Lanjutan Teknologi Biosimulasi (ABS-Teknologi), telah mengembangkan solusi peletakan batu pertama: platform komputasi unit neuro-glia-vaskular (NG-VU Engine). Berdasarkan konsep fisiologis kontemporer dari unit neuro-glia-vaskular, ia mereplikasi di silico elemen struktural dan fungsional mendasar dari berbagai daerah otak manusia. Dengan mengintegrasikan peta komprehensif koneksi neuron (Connectome) dan informasi fisiologis individu, mesin NGVU menciptakan analog digital otak.
Mesin ini memberikan wawasan kesehatan spesifik pasien daripada penilaian umum yang generalisasi AI-generasi, memungkinkan solusi perawatan kesehatan yang tepat dan individual dan menawarkan wawasan real-time, dinamis ke dalam viabilitas jaringan otak, fungsionalitas, dan kognisi di seluruh tingkat makro, meso, dan mikro. Terkait dengan perangkat Internet of Things yang tersedia, platform ini mampu mensimulasikan proses fisiologis yang sering tidak dapat diakses oleh alat diagnostik lainnya. Ini termasuk aliran darah otak volumetrik, konsumsi oksigen dan glukosa, dan metabolisme sel otak. Mengintegrasikan dengan mulus ke dalam alur kerja rumah sakit yang ada, platform ini dapat berfungsi sebagai alat pendukung keputusan klinis untuk dokter dan sumber informasi yang sangat berharga bagi pasien.
Didirikan saat lahir, jaringan vaskular intrasebral besar tumbuh pasca -natal, melalui proses angiogenesis kapiler. Algoritma angiogenesis kapiler “NGVU-E” secara akurat memperluas jaringan vaskular dari skala 1,0 mm hingga 2-5 mikrometer. Gambar di atas diadaptasi dari: II S, Kitade H, Ishida S, Imai Y, Watanabe Y, Wada S (2020). Pemodelan multiskala serebrovaskulatur manusia: pendekatan hibrida menggunakan geometri berbasis gambar dan algoritma matematika. PLOS Comput Biol 16 (6): E1007943; https: //doiorg/10.1371/journal.pcbi.1007943
Presisi ini membantu dokter memilih strategi perawatan dengan presisi laser. Platform ini menawarkan potensi paparan radiasi yang lebih rendah untuk pasien dengan stroke dan memperpendek waktu yang dibutuhkan untuk penyelidikan diagnostik dengan menghilangkan kebutuhan untuk studi yang tidak tepat secara ilmiah, sehingga mengurangi biaya perawatan kesehatan.
Validasi klinis dan arah masa depan
Setelah berhasil menyelesaikan studi kohort retrospektif tentang memvalidasi akurasi mesin NG VU dalam mengidentifikasi jaringan otak yang dapat diselamatkan pada pasien dengan stroke, Dr Volker Hesselmann, kepala neuroradiologi intervensi di Klinik Asklepios North, Hamburg, Jerman, menjelaskan, 'masa depan yang telah kami impikan sekarang. Dengan kemampuannya untuk mensimulasikan proses dinamis otak dan mengintegrasikan data real-time, mesin NG-VU mewakili lompatan transformatif ke depan dalam perawatan stroke dan pengobatan yang dipersonalisasi. ' Platform akan segera diuji dalam pengaturan darurat real-time. ABS Technologies akan memulai studi kohort retrospektif lain bekerja sama dengan pusat medis akademik yang berbasis di AS. Ini menandai pergeseran paradigma dalam bagaimana dokter memandang dan mengelola pukulan.
Platform “NGVU-E” menambahkan dimensi ke-4 (waktu) dengan memberikan wawasan tentang dinamika proses fisiologis internal yang menggarisbawahi repertoar fenomena biologis yang luas.
Mengubah Manajemen Otak Neurodegeneratif
Di luar perawatan stroke, NG-Vue memiliki potensi besar dalam mengatasi tantangan kritis yang terkait dengan gangguan otak neurodegeneratif, termasuk penyakit Alzheimer, Parkinson, dan Huntington, serta demensia kapal kecil dan frontotemporal. Kondisi -kondisi ini menghadirkan tantangan sosial dan ekonomi yang penting karena meningkatnya prevalensi, permutasi yang kompleks, dan kekurangan perawatan yang efektif. Pasien dengan gangguan neurodegeneratif sering mengalami kecacatan kognitif dan motorik progresif, yang mengakibatkan ketergantungan substansial pada pengasuh, yang mengarah pada ketegangan emosional, fisik, dan keuangan yang mendalam pada keluarga dan masyarakat.
NGVU-E mengatasi tantangan ini dengan memungkinkan diagnosis akurat gangguan neurodegeneratif. Ini memandu pemilihan strategi pengobatan yang disesuaikan sambil memprediksi lintasan penyakit untuk setiap pasien. Dengan menawarkan alat canggih kepada dokter untuk memperkirakan hasil penyakit, platform ini memberikan penggantian fungsi kognitif yang kuantitatif berdasarkan aktivitas otak itu sendiri daripada mengandalkan kinerja tugas pasien dan pengujian eksternal subyektif. Selain itu, NG Vue berfungsi sebagai lingkungan virtual untuk merancang dan menguji obat -obatan, yang memungkinkan para peneliti untuk mengevaluasi kemanjuran dan keamanannya dalam simulasi yang sangat spesifik. Ini memungkinkan penilaian ligan yang lebih efisien dan memiliki potensi untuk mempersingkat evaluasi praklinis dan terutama uji coba khusus. Semua ini, terutama yang terakhir, akan memungkinkan uji coba yang lebih cepat, lebih efisien, lebih murah yang akan lebih mungkin untuk mencapai titik akhir yang sukses.
Informasi real-time tentang metabolisme sel dan pengiriman bioenergi, oksigen, glukosa dan asam lemak sangat penting untuk penilaian akurat dari viabilitas jaringan otak. “NGVU-E” memungkinkan dokter untuk mengikuti perubahan real-time dari darah dan pasokan nutrisi, aktivitas seluler otak selama dan setelah intervensi/perawatan.
Dengan kemampuannya untuk mensimulasikan dan menganalisis dinamika otak khusus pasien, NGVU-E berdiri sebagai alat transformatif untuk dokter dan peneliti biomedis. Dengan menangani tantangan diagnostik, perawatan, dan prognostik patologi otak, ia memainkan peran dalam meningkatkan hasil pasien secara signifikan dan mengurangi beban pada keluarga dan sistem perawatan kesehatan di seluruh dunia.