Исследователи из Университета Голуэя создали цифровых младенцев, чтобы лучше понять здоровье младенцев в их критические первые 180 дней жизни.
Команда создала 360 продвинутых компьютерных моделей, которые моделируют 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 метаболическими реакциями.
Реальные данные 10 000 новорожденных, включая пол, вес при рождении и концентрацию метаболитов, позволили создать и проверить модели, которые можно персонализировать, что дает ученым возможность 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 Ireland профессора Инес Тиле.
Исследования группы направлены на развитие точной медицины с помощью компьютерного моделирования. Они описывают компьютерное моделирование младенцев как плодотворное, поскольку оно улучшает понимание метаболизма младенцев и создает возможности для улучшения диагностики и лечения заболеваний в первые дни жизни ребенка, таких как наследственные заболевания обмена веществ.
Ведущий автор Элейн Заунзедер из Гейдельбергского университета сказала: «Дети — это не просто маленькие взрослые люди, у них есть уникальные метаболические особенности, которые позволяют им развиваться и расти здоровыми. Например, младенцам требуется больше энергии для регулирования температуры тела, например, из-за у них высокое соотношение площади поверхности к массе, но они не могут дрожать в первые шесть месяцев жизни, поэтому метаболические процессы должны обеспечивать сохранение тепла младенцу.
«Поэтому важной частью этой исследовательской работы было выявление этих метаболических процессов и перевод их в математические концепции, которые можно было бы применить в вычислительной модели . Мы фиксировали метаболизм с учетом особенностей каждого органа, что дает уникальную возможность моделировать органные процессы. специфические энергетические потребности, которые сильно отличаются у младенцев по сравнению со взрослыми.
«Поскольку питание является топливом для метаболизма, мы можем использовать данные о грудном молоке реальных новорожденных в наших моделях, чтобы моделировать связанный с ним метаболизм во всем теле ребенка, включая различные органы. На основе их питания мы смоделировали развитие цифровых детей в возрасте старше шести лет. месяцев и показал, что они будут расти с той же скоростью, что и реальные младенцы».
Профессор Тиле, руководитель исследования проекта, сказал: «Программы скрининга новорожденных имеют решающее значение для раннего выявления метаболических заболеваний, повышения выживаемости младенцев и улучшения показателей здоровья. Однако наблюдаемая вариабельность проявлений этих заболеваний у младенцев подчеркивает настоятельную необходимость за персонализированный подход к лечению заболеваний .
«Наши модели позволяют исследователям исследовать метаболизм здоровых младенцев, а также младенцев, страдающих наследственными заболеваниями обмена веществ, в том числе исследованными при скрининге новорожденных. Модели показали, что при моделировании метаболизма младенцев с заболеванием мы можем предсказать известные биомаркеры этих заболеваний. Более того, модели точно предсказали метаболические реакции на различные стратегии лечения, продемонстрировав их потенциал в клинических условиях».
Заунседер добавил: «Эта работа является первым шагом на пути к созданию цифровых метаболических близнецов для младенцев, обеспечивающих детальное представление об их метаболических процессах. Такие цифровые близнецы могут совершить революцию в педиатрическом здравоохранении, позволяя индивидуально подходить к лечению заболеваний с учетом уникальных метаболических потребностей каждого ребенка. »
Исследование было опубликовано на этой неделе в журнале Cell Metabolism.
Эта работа проводилась под руководством Университета Голуэя и была завершена в рамках сотрудничества с Гейдельбергским университетом, Гейдельбергским институтом теоретических исследований и Гейдельбергской университетской больницей, Германия.
