I ricercatori dell’Università di Galway hanno creato bambini digitali per comprendere meglio la salute dei neonati nei loro primi, critici, 180 giorni di vita.
Capire meglio la salute dei neonati attraverso i “bambini digitali”
Il team ha creato 360 modelli computerizzati avanzati che simulano i processi metabolici unici di ciascun bambino. I bambini digitali sono i primi modelli computazionali dell’intero corpo specifici per sesso che rappresentano il metabolismo del neonato e del bambino con 26 organi, sei tipi di cellule e oltre 80.000 reazioni metaboliche .
I dati reali di 10.000 neonati, tra cui sesso, peso alla nascita e concentrazioni di metaboliti, hanno consentito la creazione e la convalida di modelli, che possono essere personalizzati, consentendo agli scienziati di studiare il metabolismo di un singolo neonato per applicazioni di medicina di precisione.
Il lavoro su bambini digitali è stato condotto da un team di scienziati del Digital Metabolic Twin Center dell’Università di Galway e dell’Università di Heidelberg, guidati dalla professoressa Ines Thiele, ricercatrice principale di APC Microbiome Ireland.
La ricerca del team mira a far avanzare la medicina di precisione utilizzando la modellazione computazionale. Descrivono la modellazione computazionale dei bambini come fondamentale, poiché migliora la comprensione del metabolismo infantile e crea opportunità per migliorare la diagnosi e il trattamento delle condizioni mediche durante i primi giorni di vita di un bambino, come le malattie metaboliche ereditarie.
L’autrice principale Elaine Zaunseder, Università di Heidelberg, ha affermato: “I bambini non sono solo piccoli adulti: hanno caratteristiche metaboliche uniche che consentono loro di svilupparsi e crescere sani. Ad esempio, i bambini hanno bisogno di più energia per regolare la temperatura corporea a causa, ad esempio, di il loro elevato rapporto superficie-massa, ma non possono tremare nei primi sei mesi di vita, quindi i processi metabolici devono garantire che il bambino si mantenga al caldo.
“Pertanto, una parte essenziale di questo lavoro di ricerca è stata quella di identificare questi processi metabolici e tradurli in concetti matematici che potrebbero essere applicati nel modello computazionale dei bambini digitali.
Abbiamo catturato il metabolismo in un modo organo-specifico, offre l’opportunità unica di modellare l’organo- richieste energetiche specifiche che sono molto diverse nei neonati rispetto agli adulti.
“Poiché la nutrizione è il carburante per il metabolismo, nei nostri modelli possiamo utilizzare i dati del latte materno di neonati reali per simulare il metabolismo associato in tutto il corpo del bambino, compresi i vari organi. Sulla base della loro nutrizione, abbiamo simulato lo sviluppo dei bambini digitali di età superiore ai sei anni mesi e hanno dimostrato che cresceranno alla stessa velocità dei bambini del mondo reale.”
Il professor Thiele, responsabile dello studio sul progetto dei bambini digitali, ha affermato: “I programmi di screening neonatale sono cruciali per individuare precocemente le malattie metaboliche, migliorando i tassi di sopravvivenza infantile e i risultati sanitari. Tuttavia, la variabilità osservata nel modo in cui queste malattie si manifestano nei bambini sottolinea l’urgente necessità per approcci personalizzati alla gestione della malattia.
“I nostri bambini digitali consentono ai ricercatori di studiare il metabolismo dei neonati sani e dei neonati affetti da malattie metaboliche ereditarie, compresi quelli studiati nello screening neonatale. Quando si simulava il metabolismo dei neonati affetti da una malattia, i modelli hanno dimostrato che possiamo prevedere i biomarcatori noti per queste malattie Inoltre, i modelli hanno previsto con precisione le risposte metaboliche a varie strategie di trattamento, mostrando il loro potenziale in contesti clinici.”
Zaunseder ha aggiunto: “Questo lavoro è un primo passo verso la creazione di bambini digitali metabolici per i neonati, fornendo una visione dettagliata dei loro processi metabolici. Tali bambini digitali hanno il potenziale per rivoluzionare l’assistenza sanitaria pediatrica consentendo una gestione della malattia su misura per le esigenze metaboliche uniche di ciascun bambino. “
La ricerca è stata pubblicata su Cell Metabolism.
Questo lavoro è stato condotto dall’Università di Galway e completato come parte di una collaborazione con l’Università di Heidelberg, l’Istituto di studi teorici di Heidelberg e l’Ospedale universitario di Heidelberg, in Germania.
