数字双胞胎可以帮助个性化治疗

医疗保健的最大问题之一是，40-70%的常见病患者的药物无效。一个重要的原因是，疾病很少是由单一的、容易治疗的“错误”引起的。相反，大多数疾病依赖于许多不同细胞类型的数千个基因之间改变的相互作用。另一个原因是，相同诊断的患者之间的相互作用可能不同。这种复杂性与现代医疗保健之间存在很大差距。一个国际研究小组旨在通过构建跨多种细胞类型的改变基因相互作用的计算疾病模型来弥合这一差距。“我们的目标是将这些模型发展成单个患者疾病的‘数字双胞胎’，以便为每个患者定制药物。最理想的情况是，在实际选择治疗患者的最佳药物之前，每个双胞胎将在计算机上匹配并使用数千种药物进行治疗。”

定制的药物

研究人员首先利用人类类风湿关节炎小鼠模型，开发了构建数字双胞胎的方法。他们使用了一种技术，单细胞RNA测序，来确定患病小鼠关节的数千个单个细胞中每个细胞的所有基因活动。为了建立所有数据的计算机模型，研究人员使用了网络分析。“网络可以用来描述和分析最复杂的系统，”本森博士说。“一个简单的例子是足球队，球员通过传球被连接到一个网络中。与大多数其他玩家交换通行证的玩家可能是最重要的。”

类似的原理被用于构建小鼠“双胞胎”，以及识别最重要的细胞类型。这种细胞类型与数千种药物进行了计算匹配。最后，研究人员证明了“最好的”药物可以用来治疗和治愈患病的老鼠。

这项研究还表明，利用计算机模型诊断人类疾病是可能的。研究人员关注的是用于药物鉴定的相同细胞类型。这种类型的细胞，T细胞，在免疫防御中起着重要的作用，是整个数字双胞胎的指纹。研究人员分析了13种疾病患者的T细胞，包括自身免疫性疾病、心血管疾病和各种类型的癌症。诊断指纹不仅可以用来区分病人和健康人，而且可以用来区分大多数疾病。迈克尔·本森说:“由于T细胞的功能类似于间谍卫星，它不断地对人体进行调查，以便尽早发现并对抗疾病，因此有可能利用这种细胞类型对许多不同的疾病进行早期诊断。”