Cyfrowe bliźniaki powstaną w Krakowie

Badania nad tzw. cyfrowymi bliźniakami, czyli realistycznymi komputerowymi modelami odwzorowującymi procesy zachodzące w ludzkim organizmie i środowisku, będą prowadzone dzięki technologiom dostarczanym przez fabrykę AI Gaia. Powstaje ona przy Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet AGH w Krakowie.

W projekt cyfrowych bliźniaków zaangażowani są m.in. naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Sano Centrum Medycyny Obliczeniowej.

- Największym wyzwaniem nie jest obecnie budowanie superkomputerów, tylko takie ich projektowanie, by potrafiły rozwiązywać realne problemy. Nasze zadanie w tym przedsięwzięciu będzie polegać na stworzeniu tzw. cyfrowych bliźniaków - powiedział PAP dr hab. inż. Paweł Łabaj, prof. UJ, z Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ.

Jak wyjaśnił, cyfrowy bliźniak to zaawansowany model komputerowy, który w sposób realistyczny odtwarza procesy zachodzące w przestrzeni i czasie w określonym środowisku, np. w jelitach człowieka. W krakowskim projekcie rozwijane będą dwa główne typy takich modeli: cyfrowy bliźniak mikrobiomu jelitowego, nad którym pracować będzie zespół dr. Tomasza Kościółka z Sano, oraz cyfrowy bliźniak mikrobiomu środowiskowego, rozwijany przez zespół prof. Łabaja.

- Takie cyfrowe bliźniaki, oparte na infrastrukturze fabryki AI, pozwolą przewidywać, jak organizm reaguje na różne interwencje, m.in. leczenie farmakologiczne czy zmiany stylu życia - zaznaczył naukowiec.

Jego zdaniem taka technologia może całkowicie zmienić sposób opracowywania terapii i leków. Umożliwi bowiem modelowanie i testowanie ich skuteczności bez konieczności prowadzenia niektórych etapów, obecnie długotrwałych, badań klinicznych w tradycyjnej formie.

- To może być przełom, bo pozwoli tworzyć zindywidualizowane terapie, dopasowane do konkretnej osoby - podkreślił prof. Łabaj.

W projekcie, który będzie realizowany w Sano, kluczowym czynnikiem jest mikrobiom jelitowy. Jak przypomniał prof. Łabaj, coraz więcej badań wskazuje, że mikroorganizmy zamieszkujące nasze jelita mogą decydować o skuteczności terapii. Przykładem są prowadzone kilka lat temu testy nowego leku przeciwnowotworowego.

- W badaniach na liniach komórkowych oraz zwierzętach działał znakomicie, natomiast u części pacjentów był całkowicie nieskuteczny. Okazało się, że osoby, u których nie działał, miały w jelitach określoną bakterię. Produkowała ona metabolit, który całkowicie unieczynniał ten lek. Po zastosowaniu antybiotyku i usunięciu bakterii lek zaczął działać prawidłowo - opowiedział naukowiec.

Dzięki cyfrowym bliźniakom takie zależności będzie można analizować już na etapie projektowania terapii. Technologia ta może więc przyspieszyć rozwój przemysłu farmaceutycznego, skrócić proces badań klinicznych i zwiększyć bezpieczeństwo pacjentów.

Według prof. Łabaja w przyszłości na jej podstawie możliwe będzie również tworzenie modeli populacyjnych, a następnie ich personalizowanie na podstawie danych zebranych od konkretnej osoby.

- Po odpowiedniej charakteryzacji mikrobiomu danej osoby będzie można bardzo precyzyjnie określić, jakie produkty czy suplementy będą skuteczne właśnie dla niej. Ponadto przy znacznych dysbiozach (zaburzenie mikrobiomu - przyp. PAP), w których obecnie podawane miksy brakujących bakterii nie zawsze są skuteczne, będzie można określić „ścieżki pre- i pro-biotykoterapi”, wyznaczające szczegółowy plan tego, które preparaty przyjmować w jakim momencie - podkreślił badacz.

Powstająca fabryka AI jest więc, w jego opinii, doskonałym narzędziem do tego typu badań. - Dopiero teraz, dzięki rozwojowi infrastruktury obliczeniowej, możliwe jest realistyczne odwzorowanie tak złożonych systemów jak mikrobiom. Wcześniej brakowało nam zarówno mocy obliczeniowej, jak i danych wysokiej jakości. Teraz te warunki zaczynają się spełniać - powiedział.

Dane niezbędne do trenowania modeli będą pochodziły zarówno z projektów naukowych, jak i z działalności prywatnych spółek świadczących usługi charakteryzacji mikrobiomu i gromadzących tego typu informacje.

Utworzenie Gaia AI Factory ogłosiły 10 października Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Ministerstwo Cyfryzacji. Jak poinformowano, z infrastruktury będą mogli korzystać naukowcy, przedsiębiorcy i administracja publiczna.

PAP/red.