(Washington Post) Al Boston Children’s Hospital I chirurghi analizzano modelli digitali tridimensionali dei cuori dei pazienti, veri e propri “gemelli digitali”
Al Boston Children’s Hospital, i medici stanno adottando tecnologie all’avanguardia per migliorare la precisione e la sicurezza delle operazioni chirurgiche, in particolare quelle cardiache nei bambini. Due volte a settimana, i professionisti sanitari si riuniscono per analizzare modelli digitali tridimensionali dei cuori dei pazienti, veri e propri “gemelli digitali”. Questi modelli virtuali, che includono dettagli su vasi sanguigni danneggiati o ventricoli malformati, permettono ai chirurghi di pianificare gli interventi con un livello di precisione senza precedenti. I modelli possono essere ruotati, smontati pezzo per pezzo e studiati per prevedere gli effetti delle riparazioni programmate, come il ripristino del flusso sanguigno o la riparazione di valvole. Questo tipo di preparazione avanzata permette ai medici di considerare la complessa interazione tra flusso sanguigno, livelli di ossigeno e segnali elettrici nel cuore, migliorando significativamente i risultati delle operazioni più delicate. Questa innovazione fa parte di un’onda più ampia di tecnologie note come “gemelli digitali”, che creano repliche virtuali di organi, con l’obiettivo di trasformare non solo la cardiologia, ma anche altre discipline mediche, come il trattamento del cervello, del fegato, dei polmoni e degli occhi. Il traguardo finale è creare modelli virtuali completi di esseri umani, che un giorno potrebbero consentire ai medici di monitorare e prevedere lo stato di salute di un paziente in tempo reale. Sebbene ancora agli inizi, questa tecnologia sta già portando vantaggi significativi, come il miglioramento della precisione chirurgica e la riduzione della necessità di test su animali e sperimentazioni cliniche umane.
Il potenziale dei gemelli digitali è enorme. Creando un collegamento continuo tra il corpo di un paziente e il suo gemello digitale, i medici potrebbero prendere decisioni in tempo reale basate su un flusso costante di dati provenienti dalla replica virtuale. Queste informazioni consentirebbero una cura più personalizzata e offrirebbero uno strumento potente per anticipare complicazioni prima che si manifestino. Secondo il dottor David Hoganson, direttore del programma di visualizzazione 3D del Boston Children’s Hospital, i benefici di questa tecnologia sono straordinari. “Capire quali sono le opzioni e quali le sfide è incredibile”, ha affermato Hoganson. Finora, circa 1.300 interventi chirurgici al Boston Children’s Hospital hanno utilizzato la tecnologia dei gemelli digitali. I modelli, creati da tecniche di imaging medico standard come TAC e risonanze magnetiche, permettono ai chirurghi di praticare e testare diverse tecniche chirurgiche, individuando quella con le maggiori probabilità di successo. In alcuni casi, i gemelli digitali permettono persino di prevedere come funzioneranno le riparazioni o i cerotti utilizzati, consentendo ai chirurghi di affinare il loro approccio prima dell’intervento.
Il concetto di gemelli digitali è stato inizialmente sviluppato nel campo dell’ingegneria, in particolare nell’industria aerospaziale e automobilistica, dove gli ingegneri creano versioni virtuali di parti meccaniche per simularne il comportamento in diverse condizioni. Steve Levine, un ingegnere della Dassault Systèmes, ha applicato questo concetto alla medicina dopo un’esperienza personale molto significativa. Nel 1989, sua figlia è nata con un grave difetto cardiaco. Il metodo sperimentale utilizzato dai medici per curarla lasciò un segno profondo in Levine, che si rese conto che la medicina non aveva ancora adottato il tipo di test rigorosi e simulazioni comuni nell’ingegneria. Nel 2014, Levine ha lanciato il Living Heart Project, un’iniziativa collaborativa che ha riunito medici, ingegneri e leader dell’industria per creare un modello tridimensionale e completamente funzionante di un cuore umano. All’inizio, molti erano scettici riguardo al successo del progetto, soprattutto perché si trattava di operazioni chirurgiche in cui ogni decisione poteva essere vitale. Tuttavia, nel corso del tempo, i modelli si sono rivelati accurati e affidabili. Nel giro di un anno, il Living Heart Project aveva creato un cuore funzionante, e già dal secondo anno i modelli erano utilizzati in ospedali come il Boston Children’s Hospital.
Questi modelli possono essere personalizzati per ogni singolo paziente, consentendo ai medici di testare diverse tecniche chirurgiche e selezionare quella più efficace senza la pressione del tempo in sala operatoria. Come ha sottolineato la professoressa Ellen Kuhl della Stanford University, “In chirurgia cardiaca, non puoi provare 20 cose diverse. Hai solo una possibilità.” L’applicazione dei gemelli digitali si estende ben oltre la chirurgia cardiaca. L’esperienza personale di Levine con questa tecnologia si è approfondita quando nel 2023 ha avuto bisogno di un intervento per rimuovere un tumore benigno alla base del cervello. Sebbene non immediatamente pericoloso per la vita, il tumore aveva eroso parte del suo cranio e stava influenzando la sua visione e altre funzioni corporee. I medici dell’Università della California, San Diego, hanno creato un gemello digitale del cranio di Levine, incluso il tumore, per pianificare meticolosamente l’intervento prima di iniziare l’operazione. Utilizzando la replica virtuale come guida, i chirurghi hanno rimosso il tumore attraverso le narici in modo minimamente invasivo, riducendo i rischi e migliorando i tempi di recupero. Il neurochirurgo Thomas Beaumont, che ha eseguito l’intervento, ha sottolineato l’importanza di visualizzare in tre dimensioni l’anatomia del paziente per ridurre lo stress mentale del chirurgo e aumentare la precisione dell’operazione.
Nonostante il grande potenziale, l’adozione dei gemelli digitali deve affrontare alcune sfide. Le National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (NASEM) hanno messo in guardia dai rischi di un eccessivo entusiasmo attorno alla tecnologia prima che ci siano prove sufficienti della sua efficacia. NASEM ha invitato il governo a investire maggiormente per sviluppare solide basi matematiche e computazionali per supportare i gemelli digitali su larga scala. Un’altra sfida riguarda i costi elevati per sviluppare gemelli digitali. Mentre grandi istituzioni come il Boston Children’s Hospital possono permettersi ingegneri biomedici e le tecnologie necessarie, gli ospedali più piccoli potrebbero non avere le stesse risorse. Inoltre, le assicurazioni sanitarie coprono solo parzialmente i costi di sviluppo di queste tecnologie. Tuttavia, il futuro dei gemelli digitali è promettente. Con l’integrazione dell’intelligenza artificiale, i modelli digitali diventeranno ancora più sofisticati, consentendo ai medici di prevedere come un organo reagirà a diversi interventi medici. Sebbene l’idea di un gemello digitale completo di un essere umano sia ancora lontana, questa tecnologia è destinata a trasformare la medicina, migliorando i risultati, riducendo i costi e minimizzando i rischi nelle procedure mediche.