22 februari 2023

Vad är det som läkare, sjuksköterskor och dietister alltid har sagt? Att du måste motionera mera, äta bättre och ta din medicin. Kanske kan din digitala kopia få dig att bättre följa råden. Nu ska digitala tvillingar testas i verkliga sjukvårdmiljöer, i ett EU-finansierat projekt.

Gunnar Cedersund framför bild som illustrerar modellerna av olika organ.
Den digitala tvillingen består av modeller för flera organ som kopplats ihop med varandra och anpassats till en individs egna data. I den kan forskarna exempelvis simulera effekten av olika typer av dieter. Magnus Johansson
− Vi är ett stort steg närmare en praktisk tillämpning. Nu kommer vi att få mer belägg för hur stor skillnad digitala tvillingar gör för patientkommunikationen, alltså människors förmåga att ändra sitt beteende och förståelsen för hälsosituationen. Vi får också mer belägg för behandling och faktiskt utfall, säger Gunnar Cedersund, docent och universitetslektor vid institutionen för Medicinsk teknik, Linköpings universitet.
Gunnar Cedersund står framför en skärm och pekar på en graf på skärmen.Gunnar Cedersund. Foto Emma Busk Winquist

Leder projekt

Han leder projektet STRATIF-AI som har fått 65 miljoner kronor under fyra år, från Europe Horizon (EU-kommissionen). Projektet är kopplat till stroke-forskning. Men metoden med digitala tvillingar förväntas få många olika användningsområden.

LiU tilldelas elva miljoner kronor av satsningen. Totalt femton olika aktörer finns med i projektet, därav fem lärosäten och åtta sjukhus. Det är sjukhus inom Region Östergötland, Region Västerbotten och liknande verksamheter i Rumänien, Storbritannien, Spanien och Tyskland.

− Det är väldigt glädjande. Vi står för ansökan och ansvarar för att designa och samordna projektet, tillägger Gunnar Cedersund.

Vilka olika sjukdomstillstånd har LiU studerat hittills?
− Vi har till exempel studerat modeller för blodtrycksmedicin, eller en diabetesmedicin som kan främja insulinproduktionen. Vi kan också simulera hur ökad motion eller ändrad kost påverkar risken för diabetes eller en stroke, säger Gunnar Cedersund.

Mångårig forskning

Han har sedan flera år tillbaka arbetat med att simulera mänskliga organ, ungefär som att lägga ett digitalt pussel av den mänskliga kroppen. Detta görs genom att kombinera machine learning och mekanistiska modeller. Med hjälp av machine learning samlar en datormodell omfattande forskningsdata och kunskap från sjukhus, universitet och biobanker, för att skapa riskmodeller för stroke.

Metoden för machine learning kallas federerat lärande, vilket är ett nyckelbegrepp i projeket:

− Datormodellerna kan hoppa runt mellan databaserna, lära sig vad som går att lära och ta med sig kunskapen. Det innebär att man slipper spara all data på ett och samma ställe, vilket skulle vara etiskt och legalt omöjligt. Så här kan till exempel sjukhusen ha kvar sina data inom sina brandväggar.

Tvillingen har också en mekanistisk del som beskriver olika processer, som biokemi, metabolism, blodflöde, hjärnaktivitet och så vidare. Denna del bygger på över 20 års forskning, med experiment både i laboratorier och klinisk miljö (sjukvård) samt publikationer om olika delmodeller.

Vi kan simulera hur ett
läkemedel påverkar kroppen 
Den sammanlagda modellen, där organen kommunicerar med varandra, är vad som utgör den digital tvillingen. Denna är också personspecifik för en viss person, och uppdateras regelbundet genom ständigt pågående analyser av nya data som genereras om en person. Dessa kan komma från olika mätningar som bärbara sensorer, nya undersökningar och liknande.

− Vi kan simulera hur ett läkemedel påverkar kroppen, och undersöka vilket resultat det kan få. Vi kan också visualisera dessa simuleringar för en patient, med förhoppningen att förbättra läkar/patient-kommunikationen.
Ett resultat av detta förväntas bli att öka patientens förståelse för sin hälsa och motivation till förändring:

− Vi kommer att undersöka om vi kan få fler att börja motionera, äta bättre, eller att mer konsekvent ta sina mediciner.

Akut behandling och rehabilitering

Även vid vård av stroke kan tvillingen bli användbar. Både under akut behandling, och efteråt vid rehabilitering.

Under rehabiliteringen kan
patienten se in i tvillingen 
− Vid akutbehandlingen av en stroke kan man använda tvillingen för att se sjukdomshistoria och fatta beslut om optimala ingrepp. De mätningar som görs akut kan sen också bli användbara i framtiden. Under rehabiliteringen kan patienten se in i tvillingen, och följa hur rehabiliteringsprocessen fortlöper, och även här öka motiveringen att göra sina rehabiliteringsövningar, säger Gunnar Cedersund.

Dataharmonisering

STRATIF AI består av ett stort antal olika delundersökningar av, bland annat etiska aspekter och studier av beslutsfattande. Forskning om dataharmonisering är också en viktig del för att alla medicinska begrepp i olika länder ska ha samma betydelse när de hämtas in av datormodellen.

Kontakt

Forskning

Relaterat innehåll

Senaste nytt från LiU

Studenter på campus.

Ökat söktryck till LiU

Intresset för att studera vid LiU ökar, i flera fall rejält. Det visar siffrorna när anmälan till höstterminen stängde vid midnatt den 15 april.

Två forskare i lab.

Ett atomlager guld – LiU-forskare skapar guldén

För första gången har forskare lyckats skapa ark av guld som endast är ett atomlager tjockt. Enligt forskarna från LiU får guldet nya egenskaper som kan göra det lämpligt för bland annat framställning av värdefulla kemikalier.

Forskare (Xenofon Strakosas) vid mikroskop.

Miljondonation till forskartjänst inom elektroniska mediciner

Stig Wadströms stiftelse donerar cirka tio miljoner kronor till LiU. Donationen ska finansiera en forskartjänst inom elektroniska mediciner. Forskaren som fått tjänsten är Xenofon Strakosas vid Laboratoriet för organisk elektronik i Norrköping.