Исследователи из Университета Голуэя создали цифровых младенцев, чтобы лучше понимать состояние здоровья младенцев в критические первые 180 дней их жизни.

Команда создала 360 передовых компьютерных моделей, которые имитируют уникальные метаболические процессы каждого ребенка.

Цифровые младенцы — это первые вычислительные модели всего тела с учетом пола, представляющие метаболизм новорожденных и младенцев с 26 органами, шестью типами клеток и более чем 80 000 метаболических реакций.

Данные из реальной жизни 10 000 новорожденных, включая пол, массу тела при рождении и концентрацию метаболитов, позволили создать и валидировать модели, которые могут быть персонализированы, что позволяет ученым исследовать метаболизм отдельного младенца для применения в точной медицине.

Работа была проведена группой ученых из Центра цифровых метаболических близнецов Университета Голуэя и Гейдельбергского университета под руководством главного исследователя APC Microbiome в Ирландии профессора Инес Тиле.

Исследования команды направлены на развитие точной медицины с использованием компьютерного моделирования. Они описывают компьютерное моделирование младенцев как основополагающее, поскольку оно улучшает понимание метаболизма младенцев и создает возможности для улучшения диагностики и лечения заболеваний в первые дни жизни ребенка, таких как наследственные нарушения обмена веществ.

Ведущий автор Элейн Заунседер из Гейдельбергского университета сказала: «Младенцы — это не просто маленькие взрослые — у них есть уникальные метаболические особенности, которые позволяют им развиваться и расти здоровыми. Например, младенцам требуется больше энергии для регулирования температуры тела из-за, например, высокого отношения площади поверхности к массе, но они не могут дрожать в первые шесть месяцев жизни, поэтому метаболические процессы должны обеспечивать сохранение тепла младенцем.

«Таким образом, важной частью этой исследовательской работы было идентифицировать эти метаболические процессы и перевести их в математические концепции, которые можно было бы применить в вычислительной модели. Мы проанализировали метаболизм с учетом особенностей органов, что дает уникальную возможность моделировать потребности в энергии для конкретных органов, которые у младенцев сильно отличаются от потребностей взрослых.

«Поскольку питание является топливом для обмена веществ, мы можем использовать данные о грудном молоке реальных новорожденных в наших моделях, чтобы смоделировать соответствующий обмен веществ во всем теле ребенка, включая различные органы. Основываясь на их питании, мы смоделировали развитие цифровых младенцев в течение шести месяцев и показали, что они будут расти с той же скоростью, что и реальные младенцы «.

Профессор Инес Тиле, руководитель исследования в рамках проекта, сказала: «Программы скрининга новорожденных имеют решающее значение для выявления метаболических заболеваний на ранних стадиях, повышения показателей выживаемости младенцев и показателей здоровья. Однако наблюдаемая вариабельность проявления этих заболеваний у младенцев подчеркивает настоятельную необходимость персонализированных подходов к лечению заболеваний.

«Наши модели позволяют исследователям исследовать метаболизм здоровых младенцев, а также младенцев, страдающих наследственными метаболическими заболеваниями, включая те, которые исследуются при скрининге новорожденных. При моделировании метаболизма младенцев с каким-либо заболеванием модели показали, что мы можем предсказать известные биомаркеры этих заболеваний. Более того, модели точно предсказывали метаболические реакции на различные стратегии лечения, демонстрируя их потенциал в клинических условиях «.

Эта работа является первым шагом к созданию цифровых метаболических близнецов для младенцев, дающих подробное представление об их метаболических процессах. Такие цифровые близнецы обладают потенциалом революционизировать педиатрическое здравоохранение, позволяя вести индивидуальное лечение заболеваний с учетом уникальных метаболических потребностей каждого младенца «.