数字双胞胎为个性化疗法

虚拟二重身有朝一日可能会给医学带来革命性的变革:Empa的研究人员正在开发一种数字双胞胎，这将有助于个性化治疗的发展。我们的目标是通过这些虚拟形象来展示疼痛患者或糖尿病患者需要如何单独治疗。在这样做的同时，数字双胞胎也可以为治疗过程提供个性化的预后。

人类令人惊讶的是个人。我们在我们的饮食习惯或我们的电影中差异很大。然而，当涉及疾病时，你会被原谅我们思考我们都是一样的。每个人都有一种止痛药来治疗所有糖尿病患者的头痛或胰岛素注射。有一段时间，现代医学已知这是严格的真实，并创造了“个性化医学”一词。根据年龄，生活方式或遗传化妆，一个人对某些疗法相应地反应。随着人类是一种改变其习惯的生物系统，休假或突然感冒，医疗治疗需要极其灵活。

这是虚拟Doppelganger的想法进入游戏的地方，这是实时与真实患者的生理数据。这款医疗具体化可能有一天彻底改变医学。EMPA研究人员已经开发了一种数字皮肤双胞胎，这应该能够以最佳的方式待遇疼痛患者和糖尿病患者。“在Silico Doppelganger中使用An，我们能够更准确地对各个患者进行回应，”从EMPA的“仿生膜和纺织品”实验室在St.Gallen的“仿生物膜和纺织品”实验室解释。

这个刚刚启动的项目由诺华研究基金会(Novartis Research Foundation)和材料科学与技术能力中心(Competence Center for Materials Science and Technology, CCMX)资助。其目标是通过使用智能纤维和薄膜的皮肤，给病人服用止痛药和胰岛素等药物，同时传感器监测病人的生命体征。根据这些数据，这个“数字孪生兄弟”就个体剂量做出预测，并监测治疗的成功情况。根据同样的原理，在下一步中，二重身可能被用来检查需要愈合的伤口的愈合过程。考虑到这一点，Empa的研究人员已经设计出了一种集成传感器的智能绷带。

foreye和他的团队正在寻求合并两个创新的研究领域，以发展数字双胞胎:通过皮肤使用透皮绷带的无创药物给药，以及通过实时建模控制和预测治疗过程。在这方面，它特别精明，因为我们最大的器官——皮肤，提供了一个大而合适的表面积来引导某种分子大小的物质进入身体。然而，传统的治疗膏药的剂量实际上是无法控制的，因为一些活性物质仍然可以从皮肤层释放并进入身体，即使膏药已经被移除很久了。例如，目前的系统通过测量患者血液中的药物水平来提供反馈，它只能在回顾时确定剂量是否过高或过低;对药物实际需求的预测仍然是不确定的。

向数字双胞胎输入数据

相比之下，通过附着在皮肤上的非侵入式传感器系统的数据喂食数据，使得活性剂的精确和个性化的剂量能够。数字DOPPELGANGER的计算机建模也是患者皮肤特性的因素。毕竟，活性剂将根据石膏附着在身体的位置或者药物是否被施用于太阳鞣制运动员，一位带有苍白，纸质皮肤或软皮肤的柔软皮肤的患者施用。因此，由于系统展望未来，可以精确地控制药物剂量，因为系统展望未来，而不是返回。“作为一种额外的好处，我们希望能够减少止痛药的剂量 - 例如，患者以合适的数量提供，”Defraeye说。

在其他研究领域，自美国宇航局的阿波罗13号任务以来，虚拟代表一直是一个热门话题。在模拟中，二重身被用来将受损飞船的机组人员安全带回地球。如今，数字双胞胎存在于飞机设计、汽车制造和建筑维护等领域。“在医学上，人们梦想拥有完整的硅二重身，它可以预测一个人的年龄，或者人造关节在体内的磨损程度，”foreye说。然而，要实现这一目标，我们还有很长的路要走。因此，由智能石膏和实时模拟组成的新系统是进入一个具有巨大潜力的研究领域的关键一步，Empa的研究人员解释说。与此同时，用于经皮给药的个性化数字双胞胎让我们更接近人类化身。

为了在医疗保健领域发展数字双胞胎，诈骗者已经有了成功的研究成果:在食品技术领域，作为瑞士国家科学基金会(SNSF)资助的一个正在进行的项目的一部分，他已经开发了不同水果的数字双胞胎。为了监测冷却链实时从生产商到零售商,并能够控制它在未来,研究者做了生物物理双胞胎的苹果,芒果和其他水果,以完全相同的方式自然同行的热性能,作为传感器。相应的“水果间谍”会陪伴真正的水果去超市，并将数据传输给数字孪生机器人，例如，后者会调整卡车的冷却系统。在这种情况下，虚拟水果是基于苹果或芒果的三维CAD模型，并结合相应的多物理模拟。

对于透皮治疗具体化，EMPA研究人员将编程复杂的多职业皮肤模型，该模型将从皮肤上的传感器喂食。该人的生物物理双胞胎被称为Manikins，用作传感器的开发的助手。基于来自传感器覆盖的人体模型的信息，可以估计真实患者的生理值和反应，例如皮肤温度或汗水率的变化。Manikins和Linked-Up计算机模型已经是EMPA的建立系统，用于模拟人类生理反应。现在将用于建立相当复杂的数字人类Doppelgangers，这些数字人类Doppelganger受到大量变量的管理。“毕竟，虚拟双胞胎不仅要响应变化;它还需要安全地和单独预测药物剂量，“Defraeye说。