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, serão usadas em pessoas reais.
Mas os criadores do coração, Adsilico, foram além de apenas criar um modelo preciso.
Usando inteligência artificial e enormes quantidades de dados, eles criaram vários corações diferentes.
Esses corações sintéticos gerados pela IA podem ser feitos para refletir não apenas atributos biológicos como peso, idade, gênero e pressão arterial, mas condições de saúde e origens étnicas.
Como essas diferenças muitas vezes não são representadas em dados clínicos, os corações gêmeos digitais podem ajudar os fabricantes de dispositivos a conduzir testes em populações mais diversas do que poderiam com testes em humanos, ou ensaios envolvendo apenas gêmeos digitais sem IA.
“Isso nos permite capturar toda a diversidade de anatomias dos pacientes e respostas fisiológicas, o que não é possível usando métodos convencionais.
Este uso de IA para melhorar o teste de dispositivos leva ao desenvolvimento de dispositivos que são mais inclusivos e mais seguros”, diz Sheena Macpherson, CEO da Adsilico.
Em 2018, uma investigação do Consórcio Internacional de Jornalistas Investigativos revelou que 83 mil mortes e mais de 1,7 milhão de lesões foram causadas por dispositivos médicos.
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 minuciosamente, e não é viável fazer isso em um ambiente de testes clínicos devido à despesa dele”, diz Macpherson, que tem sede em Northumberland.
“Então você quer ser capaz de usar a versão gerada por computador, para se certificar de que o que você está fazendo, você testou o mais completamente possível antes de testá-lo em um ser humano.
“Mesmo uma fração dessas mortes – e os processos associados – poderiam ter sido evitados com testes mais completos.
Você também pode obter resultados mais detalhados.
"Você poderia pegar o mesmo coração [virtual] e você poderia testar sob pressão arterial baixa ou alta, ou contra a progressão diferente da doença, para ver se isso afeta o dispositivo de alguma forma." A Sra. Macpherson acrescenta: "[O teste virtual] dá aos fabricantes de dispositivos médicos muito mais insights.
Isso também significa que podemos testar em outros grupos de subpacientes, não apenas homens brancos nos quais os ensaios clínicos tradicionalmente se baseiam.” Os modelos de IA da Adsilico são treinados em uma combinação de dados cardiovasculares e dados de exames reais de ressonância magnética e tomografia computadorizada, que incluem imagens médicas de pacientes que consentem.
Os dados se baseiam em estruturas anatômicas detalhadas do coração, para ajudar a criar representações digitais precisas de como os dispositivos médicos interagirão com diferentes anatomias dos pacientes.
Os testes do 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 - todas as versões simuladas por IA de um coração humano real.
Testes em humanos e animais, por outro lado, tendem a envolver apenas centenas de participantes.
Talvez o maior incentivo para os fabricantes de medicamentos e dispositivos para complementar ensaios clínicos com gêmeos digitais AI é como reduz o tempo que leva, o que se traduz em grandes economias de custos, também.
A fabricante de medicamentos Sanofi, por exemplo, espera reduzir o período de testes em 20%, ao mesmo tempo em que aumenta a taxa de sucesso.
Está usando a tecnologia gêmeo digital em sua imunologia, oncologia e especialidade de 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 controle e placebo dentro do julgamento.
Os programas de IA da Sanofi também criam modelos gerados por computador da droga a ser testada, sintetizando propriedades como a forma como a droga seria absorvida em todo o corpo, para que possa ser testada nos pacientes com IA.
O programa também prevê suas reações - replicando o processo de teste real.
“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 US $ 100 milhões em economias, dado o alto custo de executar ensaios clínicos em 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 tem sede em Boston, EUA.
“Ainda há muito a fazer.
Muitas das doenças que estamos tentando causar são altamente complexas.
É aqui que entram ferramentas como a IA.
Alimentar a próxima geração de gêmeos digitais com modelos de IA precisos de 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 serviços do NHS.
Ele ressalta que os gêmeos são tão bons quanto os dados em que são treinados.
"[Devido a] métodos de coleta de dados envelhecidos e baixa representação de populações marginalizadas, poderíamos acabar em uma posição em que ainda poderíamos estar introduzindo alguns desses vieses quando estamos programando recriações virtuais de indivíduos." Trabalhar com dados legados limitados para treinar sua IA é uma questão que a Sanofi está ciente e trabalhando para resolver.
Para preencher lacunas em seus conjuntos de dados internos - compostos de milhões de pontos de dados dos milhares de pacientes que passam por seus testes a cada ano - ele obtém dados de terceiros, como registros eletrônicos de saúde e biobancos.
Na Adsilico, a Sra. Macpherson está esperançosa de que um dia a tecnologia digital de IA eliminará testes em animais de ensaios clínicos, que ainda é considerada uma parte essencial do processo de teste de drogas e dispositivos.
“Um modelo virtual de nossos corações ainda está mais próximo de um coração humano do que o de um cão, vaca, ovelha ou porco, que tende a ser o que eles usam para estudos de dispositivos implantáveis”, diz ela.