在COVID-19大流行的启发下 科学家呼吁努力创建人类免疫"数字孪生体"

2022年05月20日 18:11 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

今天(2022年5月20日)将在《njp Digital Medicine》杂志上发表的一篇文章引导国际社会为创建人类免疫系统的数字孪生体所做的一系列计划。内布拉斯加大学林肯分校的生物化学家Tomas Helikar的这篇论文概述了科学界在建立、开发和应用免疫系统的数字孪生体时应该采取的路线图。他是来自世界各地6所大学的10位合著者之一。

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今年早些时候,美国国家卫生研究院为Helikar续签了一项为期五年的180万美元的拨款,以继续他在该领域的工作。

他说:"这是一项需要计算生物学家、免疫学家、临床医生、数学家和计算机科学家合作的努力。试图将这种复杂性分解成可衡量和可实现的步骤一直是一个挑战。这篇论文正在解决这个问题。我们的梦想和目标是将其用于个人层面的精准医疗。"

免疫系统的数字孪生体的构建将是一个突破,可以为各种疾病提供精准医疗,包括癌症、自身免疫性疾病和病毒感染,如COVID-19。其第一步是创建一个反映常见生物机制的通用模型,但研究人员最终的目标是在个人层面上制作虚拟模型,这将使医生能够提供为个人精确设计的治疗。

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Helikar的参与部分是受到他7岁儿子的启发,他在婴儿时需要进行肺部移植。这导致他终生通过强大的免疫抑制药物小心翼翼地平衡他的免疫系统,以防止器官排斥反应,同时保持感染和其他疾病。

Helikar说:"我们的梦想和目标是将其用于个人层面的精准医疗。重要的是,我们随着时间而改变。我们的免疫系统被编程、重新编程,并随着时间的推移进行调整。它从出生就开始发展,随着我们年龄的增长,它继续发展,往往以我们不喜欢的方式。它变得更弱,癌症长期困扰人类,是因为免疫系统的发展没有跟上。我们的目标是创建数字孪生体,它不仅仅是针对我们自己的,而是针对那个时间点的--考虑到我们所有的过去。"

《Building Digital Twins of the Human Immune System: Toward a Roadmap》的作者是一个由大约200名科学家组成的伞式工作组的成员,该工作组是为了对病毒大流行进行多尺度建模而组织的。该机构间工作组由佛罗里达大学的Reinhard Laubenbacher和印第安纳大学的James Glazier领导,他们都是5月20日报告的共同作者。自5月以来,赫利卡一直与格拉齐尔共同领导该工作组。

其他共同作者包括佛蒙特大学的Gary An、巴黎萨克雷大学的Anna Niakaris和欧洲生物信息学研究所的Rahuman S. Malik Sheriff。

文章说:"在工业领域开创的定制模拟模型,正开始被部署在医学和保健领域,在心血管诊断和胰岛素泵控制方面取得了一些重大成功。更先进的医疗数字双胞胎将是使精准医疗成为现实的关键。因为免疫系统在如此广泛的疾病和健康状况中发挥着重要作用,从对抗病原体到自身免疫性疾病,免疫系统的数字双胞胎将具有特别高的影响。"

虽然这一探索可能需要数年时间和数亿美元,但赫尔利卡相信这是可以实现的。

"我认为我们在方法和软件工具方面有足够的数据和技术进步,虚拟免疫系统的初稿或第一版可以用已经存在的数据建立。它可能还不是可个性化的,但你可以从它作为一个工作原型开始。只要有可能做到这一点,这就是我的使命,当然它也能帮助我的儿子。"他说。

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