На создание цифрового двойника мочевого пузыря выделили более 3 млрд долларов

У мужчин в возрасте от 50 до 60 лет есть 80% вероятности столкнуться с некоторой степенью обструкции мочевого пузыря из-за увеличенной предстательной железы, что вызывает множество симптомов, которые могут оказать негативное физическое и психологическое влияние.

Мочевой пузырь, невероятно сложный орган, имеет свою собственную систему и может менять свои составляющие и геометрию благодаря процессу роста и реконструкции. Однако у пузырей с обструкцией мочеиспускания увеличивается сопротивление уретры, что заставляет мышечные клетки внутри пузыря генерировать большие давления для мочеиспускания. Со временем пузырь адаптируется с ростом и реконструкцией, что вызывает изменения в размере пузыря, составе тканей и функциональности. Хотя это эффективно сначала, со временем начинают появляться симптомы, такие как частые и внезапные позывы к мочеиспусканию или рецидивирующие инфекции мочевыводящих путей. Продолжительная обструкция мочеиспускания может даже привести к необратимым осложнениям, включая задержку мочи, образование мочевых камней и почечную недостаточность.

Группа исследователей из разных стран получила грант от Национального института здоровья (NIH) в размере $3,201,394 на пятилетний проект по созданию цифрового двойника мочевого пузыря, который сможет симулировать нормальную и функцию мочевого пузыря с обструкцией мочеиспускания, а также предоставить инструмент для оценки методов лечения.

"Наша команда, включающая инженеров, врачей, биологов и компьютерных ученых, является высоко мультидисциплинарной, чтобы мы могли правильно симулировать ключевые компоненты органа в нормальных и с обструкцией мочеиспускания пузырях. Связь между изменениями структуры стенки пузыря с обструкцией мочеиспускания и его функциональностью нам не ясна. Наша цифровая модель мочевого пузыря, основанная на обширных данных, позволит нам лучше понять эту связь", сообщил Энн Робертсон, один из исследователей проекта и профессор механической инженерии и материаловедения Университета Питтсбурга.

Научно-исследовательский проект "Цифровой двойник для проектирования методов лечения мочевого пузыря, основанных на механобиологии обструкции мочеиспускания (BOOM)" начался в июле 2023 года.

Создание цифровой модели мочевого пузыря позволит предсказывать успешность различных форм лечения на основе моделирования данных по обструкции мочеиспускания у крыс. Чем больше модель учится, тем точнее она сможет предсказать оптимальный курс лечения.

"У нас есть возможность использовать инструменты и вычислительные подходы, которые уже были разработаны для других органов, чтобы быстро увеличить наше понимание биомеханики мочевого пузыря", — сказал доктор Пол Уоттон, руководитель группы исследований сложных систем в отделе компьютерных наук Университета Шеффилда.

Мочевой пузырь, несмотря на свою сложность и важность, один из немногих органов, у которого нет своего цифрового двойника. Например, цифровые модели сердца существуют уже много лет.

"Создавая эту вычислительную модель реальной физиологической системы, мы можем получать данные в реальном времени и пробовать разные вмешательства, чтобы подготовить нашу модель к использованию в будущем на индивидуальной основе", — сказала Робертсон. "Идея заключается в том, что врач сможет ввести собственные измерения и клиническую информацию пациента в модель, а затем предоставить индивидуальное лечение.