I gemelli digitali del cervello trasformano la cura delle malattie neurodegenerative
La prevalenza di disturbi neurodegenerativi come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson è destinata ad aumentare, insieme ai costi sanitari associati. La diagnosi precoce rappresenta una sfida importante, così come la variabilità della patologia, che impedisce trattamenti efficaci e richiede diagnosi e interventi personalizzati.
Un ambiente di ricerca virtuale per i disturbi neurodegenerativi
Il progetto VirtualBrainCloud, finanziato dall’UE, aspirava a sviluppare una soluzione di medicina personalizzata basata su un ambiente cloud che offrisse l’accesso a dati clinici multidisciplinari e alla simulazione del cervello per il processo decisionale. Incorpora piattaforme e strumenti multipli sviluppati, ad esempio, durante Human Brain Project e nel corso dell’iniziativa IMI-AETIONOMY. «L’idea era quella di fornire strumenti per integrare i dati sanitari dei singoli pazienti in gemelli digitali e di eseguire simulazioni di questi gemelli in un ambiente protetto», spiega Petra Ritter, coordinatrice del progetto e professoressa di neuroscienze presso l’Ospedale universitario della Charité a Berlino in Germania. VirtualBrainCloud fa parte del cloud europeo per la scienza aperta (EOSC), un’iniziativa paneuropea progettata per ospitare ed elaborare i dati della ricerca a sostegno della scienza dell’UE. L’EOSC fornisce l’ambiente, gli strumenti e i servizi necessari alla comunità scientifica per pubblicare ed esplorare i dati a scopo di ricerca.
Simulazione dell’intero cervello e diagnostica personalizzata
VirtualBrainCloud intendeva rivoluzionare il campo della neurodegenerazione sfruttando la potenza dei big data e del calcolo ad alte prestazioni. Ricercatori e medici hanno analizzato i dati multi-omici e di imaging cerebrale per verificarne le prestazioni predittive e la fattibilità clinica. Oltre a criteri rigorosi per la classificazione dei pazienti basata su biomarcatori, questi sono stati integrati in modelli di progressione della malattia e di rete cerebrale. «Applicando algoritmi di classificazione con apprendimento automatico ai dati della simulazione sul gemello digitale è possibile identificare nuovi meccanismi di malattia o prevedere il decorso della malattia», sottolinea Ritter. Un obiettivo chiave è stato quello di simulare avatar cerebrali contenenti la struttura e le reti di singoli pazienti per ottenere una visione fondamentale del funzionamento e della generazione di funzioni del cervello. Le simulazioni di VirtualBrainCloud hanno migliorato il valore diagnostico delle caratteristiche cliniche empiriche, portando a una migliore classificazione dei pazienti con diversi stadi di neurodegenerazione. Secondo la professoressa: «La piattaforma VirtualBrainCloud fornisce anche un sistema di raccomandazioni per ridurre il rischio di demenza». Inoltre, la piattaforma VirtualBrainCloud è stata utilizzata per simulare virtualmente la stimolazione cerebrale profonda (DBS), una tecnica di neuromodulazione utilizzata come trattamento per molti disturbi neurologici, tra cui il morbo di Parkinson. La piattaforma ha offerto una simulazione su più scale dell’esito della DBS, suggerendo che, dopo la sua convalida, potrebbe servire come modello prima dell’effettivo intervento invasivo di DBS.
Conformità alle normative UE sulla protezione dei dati
Il consorzio è entrato in contatto ed ha coinvolto pazienti, società e politici nello sviluppo della piattaforma VirtualBrainCloud. Hanno assicurato che i dati sanitari sensibili, compresi i risultati delle neuroimmagini e della modellazione cerebrale, fossero conformi alle linee guida del regolamento generale sulla protezione dei dati (GDPR) dell’UE. Nel complesso, il progetto ha affrontato l’attuale mancanza di infrastrutture digitali per i dati della ricerca, offrendo ai gruppi di ricerca la flessibilità di elaborare privatamente dati sensibili in ambienti informatici isolati, creando i propri flussi di lavoro. Il successo dell’implementazione della piattaforma di simulazione cerebrale basata su cloud dovrebbe supportare la diagnostica e i trattamenti personalizzati nei disturbi neurodegenerativi. Allo stesso tempo, il suo valore predittivo promuoverà la prevenzione e migliorerà la qualità delle cure, contribuendo a un sistema sanitario europeo più sostenibile.
Parole chiave
VirtualBrainCloud, neurodegenerazione, malattia neurodegenerativa, piattaforma di simulazione, classificazione, rete, stimolazione cerebrale profonda, gemello digitale
