Τα ψηφιακά δίδυμα του σώματος στην ιατρική και ο ρόλος της κυπριακής έρευνας / Creating virtual twins of the body for medicine, and the role of the Cypriot research ecosystem

Τα ψηφιακά δίδυμα του σώματος στην ιατρική και ο ρόλος της κυπριακής έρευνας

Η χρήση των virtual human twins, δηλαδή η δημιουργία ενός εικονικού δίδυμου του ανθρώπινου σώματος για σκοπούς ιατρικής έρευνας, είναι μια καινοτόμα ιδέα, αλλά δεν είναι εντελώς νέα.  Αποτελεί την πιο πρόσφατη, ψηφιακά ενισχυμένη, εκδοχή των διαγραμμάτων ή ακόμα και κέρινων ομοιωμάτων, που η επιστήμη χρησιμοποίησε κατά καιρούς για τη μελέτη του ανθρώπινου σώματος.

Ακούγεται εξωπραγματικό, όμως αποτελεί τη λογική συνέχεια των εργαλείων που για αιώνες χρησιμοποιούσε η ανθρωπότητα για να κατανοήσει πολύπλοκα και ευαίσθητα συστήματα όπως το ανθρώπινο σώμα. Και η Κύπρος εμπλέκεται ήδη ενεργά στις πανευρωπαϊκές προσπάθειες για το επόμενο αυτό βήμα στην ιατρική τεχνολογία.

Στον τομέα της υγείας, τα ψηφιακά δίδυμα είναι λογισμικά μοντέλα τα οποία δεν αντιγράφουν απλώς τη φυσική εμφάνιση και τα χαρακτηριστικά της ανατομίας του ανθρώπου. Αποτελούν μοντέλα της δυναμικής εξέλιξης ενός σώματος σε πραγματικό χρόνο, με τα οποία ένας γιατρός θα μπορεί να προσαρμόζει θεραπείες και φάρμακα στις ειδικές ανάγκες του κάθε ασθενή με περισσότερη βεβαιότητα, αλλά και μπορώντας να προβλέπει πιθανές παρενέργειες με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Οι επιστήμονες δεν μιλούν πλέον μόνο για έρευνα in vitro, αλλά και για έρευνα in silico, παραπέμποντας στη χρήση μικροεπεξεργαστών και της πληροφορικής ως εργαλείου και ως μέσου έρευνας. Μέσω της χρήσης μεγάλων όγκων δεδομένων, τα εργαλεία αυτά θα δημιουργήσουν μια προσομοίωση του ανθρώπινου σώματος, ενός από τα πιο πολύπλοκα συστήματα στη φύση. Με την προσομοίωση αυτή οι ερευνητές θα ελέγχουν πώς ένας οργανισμός ανταποκρίνεται σε νέα φάρμακα, θεραπείες, αλλά και σε συγκεκριμένες ασθένειες.

Ήδη, Κύπριοι ερευνητές συμμετέχουν ενεργά στην ανάπτυξη των virtual human twins και στις εφαρμογές της στην εκπαίδευση των επαγγελματιών υγείας και στη δοκιμή θεραπειών. Για παράδειγμα, η κυπριακή εταιρία νανοβιοτεχνολογίας EPOS – IASIS, η οποία συμμετείχε πρόσφατα σε συμπόσιο στο Πανεπιστήμιο Κύπρου για τις τελευταίες εξελίξεις στον τομέα των ψηφιακών διδύμων, συμμετέχει στο χρηματοδοτούμενο από την ΕΕ πρόγραμμα DIGIPREDICT το οποίο αναπτύσσει τρόπους συνδυασμού ψηφιακών και φυσικών μετρήσεων.

Η Κύπρος συμμετέχει στην προσπάθεια δημιουργίας ενός δικτύου για την προώθηση της χρήσης της τεχνολογίας των digital twins στο πλαίσιο της νομοθεσίας και των ηθικών προτύπων της ΕΕ, και για στην προετοιμασία του κοινού για το όχι και τόσο μακρινό μέλλον όπου αυτές οι τεχνολογίες θα βρεθούν σε νοσοκομεία και κλινικές.

Είμαι πεπεισμένος, έχοντας συμμετάσχει στο διεθνές συμπόσιο “Digital Twins 4 Healthcare” τον Μάιο μαζί με το CYENS, το KIOS, καθώς και την EPOS-IASIS από την Κύπρο, και ακόμα 45 διεθνείς ερευνητές, ότι η Κύπρος έχει και την εμπειρία και τις ιδέες ώστε να παίξει έναν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη της τεχνολογίας των ψηφιακών διδύμων, μεταξύ άλλων και στον τομέα της υγείας.

Η συζήτηση άγγιξε διαφορετικές πτυχές του σχεδιασμού και της δημιουργίας αποθετηρίων μοντέλων δεδομένων, της ανάπτυξης και εφαρμογής πλατφορμών που να συνδυάζουν την καινοτομία στην πληροφορική με την κυβερνοασφάλεια και τις υπηρεσίες υπολογιστικού νέφους (cloud services). Συζητήσαμε και τρόπους τυποποίησης αυτών των εργαλείων, ώστε να διευκολύνουμε την χρήση τους στην κλινική ιατρική, και εστιάσαμε στην ηθική διάσταση και τον ρόλο της κοινής γνώμης.

Είχα όμως και την ευκαιρία να αναδείξω κάτι που πρέπει πάντα να έχουμε κατά νου: πως πέρα από τη δημιουργία εργαλείων για χρήση στα νοσοκομεία, τα δεδομένα που παράγονται μπορούν να χρησιμεύσουν και για την καλύτερη πληροφόρηση των υπεύθυνων για τη λήψη αποφάσεων και να συνεισφέρουν στις διαδικασίες χάραξης πολιτικής. Η προσέγγιση αυτή, γνωστή ως Science for Policy, στηρίζεται επίσης από το Κοινό Κέντρο Ερευνών (Joint Research Centre) και το Ευρωπαϊκό Επιστημονικό Συμβουλευτικό Φόρουμ European (Science Advisory Forum). Υπέδειξα ακόμα τους τρόπους με τους οποίους η τρέχουσα έρευνα στην Τεχνητή Νοημοσύνη μπορεί να βοηθήσει στην εφαρμογή των Virtual Human Twins για προγνωστικές, διαγνωστικές και εξατομικευμένες θεραπείες.

Τα ψηφιακά δίδυμα ήδη χρησιμοποιούνται στην Κύπρο σε άλλους τομείς πέρα από αυτόν της υγείας. Το CYENS αξιοποιεί διαδραστικά μέσα και έξυπνα συστήματα αστικής διαχείρισης για να δημιουργήσει ένα ψηφιακό δίδυμο της πόλης της Λευκωσίας. Αν και δεν αφορά τον τομέα της υγείας, το συγκεκριμένο έργο παράγει εμπειρογνωμοσύνη και τεχνολογικές λύσεις που μπορούν να γίνουν βάση για μελλοντικές πρωτοβουλίες.

Η δουλειά των ερευνητών στην Κύπρο είναι μέρος της ευρύτερης ώθησης που προσπαθεί να δώσει η ΕΕ μέσω του European Virtual Human Twins Initiative, που περιλαμβάνει το έργο EDITH. Το έργο αφορά τη δημιουργία ενός οδικού χάρτη για τον συνδυασμό ξεχωριστών συστημάτων που εστιάζουν σε συγκεκριμένα όργανα σε ένα πλήρως ολοκληρωμένο ψηφιακό δίδυμο ολόκληρου του σώματος.

Η Κύπρος συμμετέχει και σε αυτή την προσπάθεια στην πράξη. Η κυπριακή εταιρία InSysBio, το Πανεπιστήμιο Κύπρου και το Πανεπιστήμιο Λευκωσίας ήταν μεταξύ των οργανισμών που υπέγραψαν το Virtual Human Twins Manifesto, για το πώς προτίθενται να αναπτύξουν τη νέα τεχνολογία και να προωθήσουν την υιοθέτηση της σε όλη την ΕΕ.

Η ΕΕ έχει ήδη δεσμεύσει 80 εκατομμύρια ευρώ στο πλαίσιο του «Ορίζοντας Ευρώπη» για στήριξη του τομέα αυτού, και 24 εκατομμύρια ευρώ για τη δημιουργία μιας προηγμένης ψηφιακής πλατφόρμας στο πλαίσιο του «Digital Europe».

Τα κυπριακά ερευνητικά κέντρα και εταιρίες έχουν κάθε λόγο και αρκετές ευκαιρίες να συμμετάσχουν σε φιλόδοξες πρωτοβουλίες. Ποτέ μέχρι σήμερα δεν υπήρχαν τόσες ευκαιρίες για χρηματοδότηση και συνεργασίες με ειδικούς σε όλη την Ευρώπη. Είμαστε ήδη μέρος μιας νέας, καινοτόμας προσπάθειας η οποία μπορεί να φέρει πολύτιμη εμπειρογνωμοσύνη, και να βελτιώσει με συγκεκριμένους τρόπους την καθημερινότητα, την υγεία και την ποιότητα ζωής των πολιτών.

Creating virtual twins of the body for medicine, and the role of the Cypriot research ecosystem

The use of a “virtual human twin” for medical research is an innovative, but not a completely new idea. It is the latest iteration, and digitally supercharged version, of the age-old practice of using diagrams, and at some point lifelike wax models, to study the human body.

It all might sound exotic, but it is a logical extension of tools used for centuries by humanity to make sense of complex and fragile systems – and Cyprus is actively involved in Europe’s efforts to make this new leap forward in medical technology.

In healthcare, digital twins technology is used to create software models that do much more than copy the physical image and characteristics of human anatomy. Instead, they model the dynamic evolution of a body in real-time. Your doctor will be able to tailor treatments and medicine to your articular needs, being much more confident on the best available options, and more importantly, your doctor will be able to foresee possible side effects with greater accuracy than before.

Scientists no longer talk only of in vitro research, but also of in silico research, referring to using chips, processors and computing technology as both a tool and as a medium. Large sets of data will become the basis for emulating one of the most complex systems in existence, the human body, in order to test and predict how organisms respond to new medications, therapies or particular diseases.

Cypriot researchers are already contributing to developing this innovative practice and its applications in training medical practitioners and testing therapy regiments. The Cypriot nano-biotechnology company EPOS – IASIS, for example, recently participated in a cutting edge symposium on digital health twins at the University of Cyprus, and is a part in DIGIPREDICT, an EU funded project which aims to streamline the combined use of digital and physical readings.

This Cypriot company is tasked, inter alia, with creating an interdisciplinary network to promote digital twins in compliance with European legislation and ethic requirements, and with preparing the public for a future, which is not far off, when these tools will be used in hospitals and clinics.

Having participated in May in this international symposium on “Digital Twins 4 Healthcare”, along also with CYENS and KIOS from Cyprus, and 45 international researchers, I am convinced that Cyprus has both the expertise and the ideas to play an important role in the EU’s push to develop digital twin technologies, including in the area of health.

During the event, inspiring discussions touched on multiple aspects of the effort to design and build data models repositories, to develop, test and implement platforms that will combine computational advances with cybersecurity and cloud services, as well as to standardise these tools to facilitate their use in the clinical field and to deal with ethical and public opinion considerations.

The conference was also an opportunity for me to highlight that quality data can be used not only to create clinical tools, but also to provide insights to decision-makers and to contribute in how government policy is formulated – an approach known as Science for Policy, also supported by the Joint Research Centre and the European Science Advisory Forum. I also pointed out current research on how Artificial Intelligence can help advance the implementation of Virtual Human Twins for the purposes of predictive, diagnostic and personalized treatment.

Digital twins are a tool that is already being used in Cyprus beyond the health sector. CYENS has been using interactive media and smart urban management systems to create the digital twin of the city of Nicosia. This particular project might not be directly related to the effort to develop Virtual Human Twins, but the expertise and technological solutions developed can lay the groundwork for future initiatives.

The involvement of Cypriot researchers is part of a wider push by the European Union to develop these technologies through the European Virtual Human Twins Initiative. This initiative includes the EDITH project, which aims to define a roadmap towards integrating existing systems focusing on specific organs in the direction of a fully integrated whole-body digital twin.

Cyprus participates in this effort in practice – in 2023, a Cypriot company, InSysBio, as well as the University of Cyprus and the University of Nicosia, joined various stakeholders in Europe’s innovation ecosystem to launch the Virtual Human Twins Manifesto, a statement of intent on developing these models and promoting their adoption across the EU.

The EU has also earmarked 80 million euro under Horizon Europe to support research in the field, and 24 million euro towards creating a state-of-the-art digital platform under the Digital Europe Programme.

There is every reason and plenty of incentive for Cypriot research centers and companies to show ambition and initiative. Never before have there been such opportunities for funding and cooperation with experts from across Europe. We are already part of a new and groundbreaking effort, which can bring valuable expertise, tangible improvements to our daily lives, and promote healthy and fulfilling lives for our citizens.