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Esta é a primeira de uma série de seis partes sobre como a IA está mudando a pesquisa e os tratamentos médicos.
O coração à minha frente bate e se move como um órgão humano, mas não tem sangue fluindo através dele, nem vive em um corpo humano.
É um coração gerado por computador, ou gêmeo digital, usado para testar dispositivos cardiovasculares implantáveis, como stents, e válvulas protéticas que, uma vez confirmadas como seguras, serão eventualmente usadas em pessoas reais.
Mas os criadores do coração, Adsilico, foram além de apenas criar um modelo preciso.
Usando inteligência artificial e grandes quantidades de dados, eles criaram vários corações diferentes.
Esses corações sintéticos gerados por IA podem ser feitos para refletir não apenas atributos biológicos como peso, idade, gênero e pressão arterial, mas também condições de saúde e origens étnicas.
Como essas diferenças muitas vezes não são representadas nos dados clínicos, os corações gêmeos digitais podem ajudar os fabricantes de dispositivos a conduzir testes em populações mais diversas do que poderiam com testes humanos, ou testes envolvendo apenas gêmeos digitais sem IA.
“Isso nos permite capturar a diversidade completa de anatomias de pacientes e respostas fisiológicas, o que não é possível usando métodos convencionais. Este uso de IA para melhorar os testes de dispositivos leva ao desenvolvimento de dispositivos que são mais inclusivos e seguros”, diz a diretora executiva da Adsilico, Sheena Macpherson.
Em 2018, uma investigação revelou que 83.000 mortes e mais de 1,7 milhão de ferimentos foram causados por dispositivos médicos.
A Sra. Macpherson espera que os gêmeos digitais alimentados por IA possam reduzir esses números.
“Para realmente tornar esses dispositivos mais seguros, você precisa testá-los mais completamente, e não é viável fazer isso em um ambiente de ensaio clínico devido ao custo", diz a Sra. Macpherson, que está baseada em Northumberland.
"Então você quer ser capaz de usar a versão gerada por computador, para garantir que, seja lá o que você esteja fazendo, você o testou da maneira mais completa possível antes de testá-lo em um humano.
“Mesmo uma fração dessas mortes - e os processos judiciais associados - poderiam ter sido evitados com testes mais completos. Você também pode obter resultados mais detalhados.
"Você poderia pegar o mesmo coração [virtual] e poderia testar sob pressão arterial baixa ou alta, ou contra diferentes progressões de doenças, para ver se isso afeta o dispositivo de alguma forma.”
A Sra. Macpherson acrescenta: “Os testes [virtuais] dão aos fabricantes de dispositivos médicos muitos mais insights. Isso também significa que podemos testar em outros subgrupos de pacientes, não apenas homens brancos nos quais os ensaios clínicos têm sido tradicionalmente baseados.”
Os modelos de IA da Adsilico são treinados em uma combinação de dados cardiovasculares e dados de varreduras reais de RM e TC, que incluem imagens médicas de pacientes que deram consentimento.
Os dados são extraídos de estruturas anatômicas detalhadas do coração, para ajudar a criar representações digitais precisas de como os dispositivos médicos interagirão com diferentes anatomias de pacientes.
Os testes da Adsilico envolvem a criação de um gêmeo digital do dispositivo a ser testado, que é então inserido no coração virtual em uma simulação gerada por IA.
Tudo acontece dentro de um computador, onde o teste pode ser replicado em milhares de outros corações - todos versões simuladas por IA de um coração humano real. Testes humanos e animais, por outro lado, tendem a envolver apenas centenas de participantes.
Talvez o maior incentivo para os fabricantes de medicamentos e dispositivos complementarem os ensaios clínicos com gêmeos digitais de IA seja como isso reduz o tempo que leva, o que se traduz em grandes economias de custo também.
O fabricante de medicamentos Sanofi, por exemplo, espera reduzir o período de teste em 20%, enquanto também aumenta a taxa de sucesso. Está usando a tecnologia de gêmeos digitais em sua especialidade em imunologia, oncologia e doenças raras.
Usando dados biológicos de pessoas reais, a Sanofi cria pacientes simulados baseados em IA - não clones reais de indivíduos específicos - que podem ser intercalados nos grupos de controle e placebo dentro do ensaio.
Os programas de IA da Sanofi também criam modelos gerados por computador do medicamento a ser testado, sintetizando propriedades como a forma como o medicamento seria absorvido pelo corpo, para que possa ser testado nos pacientes de IA. O programa prevê suas reações também - replicando o processo real de teste.
“Com uma taxa de falha de 90% em toda a indústria de novos medicamentos durante o desenvolvimento clínico, um aumento de apenas 10% em nossa taxa de sucesso usando tecnologias como gêmeos digitais poderia resultar em uma economia de $100 milhões, dado o alto custo de execução de ensaios clínicos de fase tardia”, diz Matt Truppo, chefe global de plataformas de pesquisa e pesquisa e desenvolvimento computacional da Sanofi.
Os resultados até agora têm sido promissores, acrescenta o Sr. Truppo, que está baseado em Boston, EUA.
“Ainda há muito a fazer. Muitas das doenças que estamos tentando impactar agora são altamente complexas. É aqui que ferramentas como a IA entram. Alimentar a próxima geração de gêmeos digitais com modelos precisos de IA da biologia humana complexa é a próxima fronteira.”
Os gêmeos digitais podem ter fraquezas, diz Charlie Paterson, sócio associado da PA Consulting e ex-gerente de serviço do NHS.
Ele aponta que os gêmeos são tão bons quanto os dados em que são treinados.
"[Devido a] métodos de coleta de dados antigos e baixa representação de populações marginalizadas, podemos acabar em uma posição em que ainda poderíamos estar introduzindo alguns desses vieses quando estamos programando recreações virtuais de indivíduos.”
Trabalhar com dados herdados limitados para treinar sua IA é um problema que a Sanofi está ciente e trabalhando para resolver.
Para preencher as lacunas em seus conjuntos de dados internos - compostos por milhões de pontos de dados dos milhares de pacientes que passam por seus ensaios a cada ano - ela obtém dados de terceiros, como registros de saúde eletrônicos e biobancos.
De volta à Adsilico, a Sra. Macpherson espera que um dia a tecnologia de gêmeos digitais de IA elimine os testes em animais dos ensaios clínicos, que ainda são atualmente considerados uma parte essencial do processo de teste de medicamentos e dispositivos.
“Um modelo virtual de nossos corações ainda está mais próximo de um coração humano do que o de um cachorro, vaca, ovelha ou porco, que tende a ser o que eles usam para estudos de dispositivos implantáveis”, ela diz..jili.
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Esta é a primeira de uma série de seis partes sobre como a IA está mudando a pesquisa e os tratamentos médicos.
O coração à minha frente bate e se move como um órgão humano, mas não tem sangue fluindo através dele, nem vive em um corpo humano.
É um coração gerado por computador, ou gêmeo digital, usado para testar dispositivos cardiovasculares implantáveis, como stents, e válvulas protéticas que, uma vez confirmadas como seguras, serão eventualmente usadas em pessoas reais.
Mas os criadores do coração, Adsilico, foram além de apenas criar um modelo preciso.
Usando inteligência artificial e grandes quantidades de dados, eles criaram vários corações diferentes.
Esses corações sintéticos gerados por IA podem ser feitos para refletir não apenas atributos biológicos como peso, idade, gênero e pressão arterial, mas também condições de saúde e origens étnicas.
Como essas diferenças muitas vezes não são representadas nos dados clínicos, os corações gêmeos digitais podem ajudar os fabricantes de dispositivos a conduzir testes em populações mais diversas do que poderiam com testes humanos, ou testes envolvendo apenas gêmeos digitais sem IA.
“Isso nos permite capturar a diversidade completa de anatomias de pacientes e respostas fisiológicas, o que não é possível usando métodos convencionais. Este uso de IA para melhorar os testes de dispositivos leva ao desenvolvimento de dispositivos que são mais inclusivos e seguros”, diz a diretora executiva da Adsilico, Sheena Macpherson.
Em 2018, uma investigação revelou que 83.000 mortes e mais de 1,7 milhão de ferimentos foram causados por dispositivos médicos.
A Sra. Macpherson espera que os gêmeos digitais alimentados por IA possam reduzir esses números.
“Para realmente tornar esses dispositivos mais seguros, você precisa testá-los mais completamente, e não é viável fazer isso em um ambiente de ensaio clínico devido ao custo", diz a Sra. Macpherson, que está baseada em Northumberland.
"Então você quer ser capaz de usar a versão gerada por computador, para garantir que, seja lá o que você esteja fazendo, você o testou da maneira mais completa possível antes de testá-lo em um humano.
“Mesmo uma fração dessas mortes - e os processos judiciais associados - poderiam ter sido evitados com testes mais completos. Você também pode obter resultados mais detalhados.
"Você poderia pegar o mesmo coração [virtual] e poderia testar sob pressão arterial baixa ou alta, ou contra diferentes progressões de doenças, para ver se isso afeta o dispositivo de alguma forma.”
A Sra. Macpherson acrescenta: “Os testes [virtuais] dão aos fabricantes de dispositivos médicos muitos mais insights. Isso também significa que podemos testar em outros subgrupos de pacientes, não apenas homens brancos nos quais os ensaios clínicos têm sido tradicionalmente baseados.”
Os modelos de IA da Adsilico são treinados em uma combinação de dados cardiovasculares e dados de varreduras reais de RM e TC, que incluem imagens médicas de pacientes que deram consentimento.
Os dados são extraídos de estruturas anatômicas detalhadas do coração, para ajudar a criar representações digitais precisas de como os dispositivos médicos interagirão com diferentes anatomias de pacientes.
Os testes da Adsilico envolvem a criação de um gêmeo digital do dispositivo a ser testado, que é então inserido no coração virtual em uma simulação gerada por IA.
Tudo acontece dentro de um computador, onde o teste pode ser replicado em milhares de outros corações - todos versões simuladas por IA de um coração humano real. Testes humanos e animais, por outro lado, tendem a envolver apenas centenas de participantes.
Talvez o maior incentivo para os fabricantes de medicamentos e dispositivos complementarem os ensaios clínicos com gêmeos digitais de IA seja como isso reduz o tempo que leva, o que se traduz em grandes economias de custo também.
O fabricante de medicamentos Sanofi, por exemplo, espera reduzir o período de teste em 20%, enquanto também aumenta a taxa de sucesso. Está usando a tecnologia de gêmeos digitais em sua especialidade em imunologia, oncologia e doenças raras.
Usando dados biológicos de pessoas reais, a Sanofi cria pacientes simulados baseados em IA - não clones reais de indivíduos específicos - que podem ser intercalados nos grupos de controle e placebo dentro do ensaio.
Os programas de IA da Sanofi também criam modelos gerados por computador do medicamento a ser testado, sintetizando propriedades como a forma como o medicamento seria absorvido pelo corpo, para que possa ser testado nos pacientes de IA. O programa prevê suas reações também - replicando o processo real de teste.
“Com uma taxa de falha de 90% em toda a indústria de novos medicamentos durante o desenvolvimento clínico, um aumento de apenas 10% em nossa taxa de sucesso usando tecnologias como gêmeos digitais poderia resultar em uma economia de $100 milhões, dado o alto custo de execução de ensaios clínicos de fase tardia”, diz Matt Truppo, chefe global de plataformas de pesquisa e pesquisa e desenvolvimento computacional da Sanofi.
Os resultados até agora têm sido promissores, acrescenta o Sr. Truppo, que está baseado em Boston, EUA.
“Ainda há muito a fazer. Muitas das doenças que estamos tentando impactar agora são altamente complexas. É aqui que ferramentas como a IA entram. Alimentar a próxima geração de gêmeos digitais com modelos precisos de IA da biologia humana complexa é a próxima fronteira.”
Os gêmeos digitais podem ter fraquezas, diz Charlie Paterson, sócio associado da PA Consulting e ex-gerente de serviço do NHS.
Ele aponta que os gêmeos são tão bons quanto os dados em que são treinados.
"[Devido a] métodos de coleta de dados antigos e baixa representação de populações marginalizadas, podemos acabar em uma posição em que ainda poderíamos estar introduzindo alguns desses vieses quando estamos programando recreações virtuais de indivíduos.”
Trabalhar com dados herdados limitados para treinar sua IA é um problema que a Sanofi está ciente e trabalhando para resolver.
Para preencher as lacunas em seus conjuntos de dados internos - compostos por milhões de pontos de dados dos milhares de pacientes que passam por seus ensaios a cada ano - ela obtém dados de terceiros, como registros de saúde eletrônicos e biobancos.
De volta à Adsilico, a Sra. Macpherson espera que um dia a tecnologia de gêmeos digitais de IA elimine os testes em animais dos ensaios clínicos, que ainda são atualmente considerados uma parte essencial do processo de teste de medicamentos e dispositivos.
“Um modelo virtual de nossos corações ainda está mais próximo de um coração humano do que o de um cachorro, vaca, ovelha ou porco, que tende a ser o que eles usam para estudos de dispositivos implantáveis”, ela diz..jili.
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