02 maj 2024

Ett av de mest utmanande problemen inom sjukvården är att många patienter inte upplever att de blir bra av sina mediciner. Detta resulterar inte bara i betydande lidande för patienterna utan även i enorma kostnader för vården. En studie med forskare från LiU visar att patienternas digitala tvillingar kan analyseras med tusentals mediciner för att hitta den mest effektiva behandlingen.

Illustration över det digitala tvillingskonceptet för personaliserad medicin.
Digitala tvillingskonceptet för personaliserad medicin.

Sjukdomar i människokroppen är väldigt komplicerade. I en och samma person kan tusentals gener påverka miljarder celler i olika delar av kroppen. Det är väldigt svårt att behandla sådana komplexa problem med traditionella behandlingsmetoder. Dessutom kan två patienter med samma sjukdom behöva olika mediciner eftersom de skiljer sig åt på gen och cell nivå . Där kan en digital tvilling hjälpa till. Användningen av digitala tvillingar är en teknik som innebär att en virtuell kopia av en patients biologiska data skapas och analyseras för att skräddarsy medicinering.

Individuell skräddarsydd medicinering för autoimmuna sjukdomar har tagit ett stort steg framåt tack vare användningen av avancerad databehandling. En nyligen publicerad studie i Genome Medicine, genomförd av forskare från Linköpings universitet, visar att patienternas digitala tvillingar kan analyseras med tusentals mediciner för att hitta den mest effektiva behandlingen.

Ny innovativ metod för precisionsmedicin

Samuel Schäfer, doktorand vid Institutionen för biomedicinska och kliniska vetenskaper (BKV) vid Linköpings universitet och läkare vid Magtarmmedicinska kliniken på Universitetssjukhuset i Linköping, har forskat kring skräddarsydda behandlingar för autoimmuna sjukdomar. Samuels forskning fokuserar på att adressera det vanliga bekymret inom medicin där många patienter inte svarar väl på standardbehandlingar för autoimmuna sjukdomar.

Det är bekymmersamt att patienter ofta behöver testa flertalet behandlingar innan en effektiv behandling hittas, säger Samuel.

I dagsläget saknas det metoder för att hitta vilken patient som kommer svara på vilket läkemedel. Detta försökte Samuel och hans forskarkollegor i forskningsartikeln komma vidare med. I samarbete med hans handledare under doktorandtiden, Mikael Benson, som nu är verksam vid Karolinska Institutet, har Samuel arbetat fram en metod som använder data för att analysera genuttryck på enskilda cellnivåer. Denna högupplösta och innovativa metod, som de döpt till scDrugPrio, ger en detaljerad bild av vävnadens tillstånd och möjliggör förutsägelser om vilka läkemedel som kan vara effektiva för varje individuell patient.

Från musmodeller till mänskliga patienter

I en studie som genomfördes på en musmodell för reumatoid artrit, visade Samuel och hans forskarkollegor att deras prediktioner kunde identifiera flera befintliga läkemedel som var lovande för behandling av sjukdomen. Dessutom testades nya läkemedel som tidigare inte hade kopplats till reumatoid artrit, vilket resulterade i positiva svar i musmodellen.

För att validera metodens effektivitet på människor genomfördes ytterligare studier på patienter.

– Vi tillämpade metoden på 11 patienter med Crohns sjukdom, där både friska och inflammerade vävnadsprover togs från samma patient. En fördel med detta tillvägagångssätt är att det tillåter oss att jämföra patientens egna vävnadsprover och identifiera specifika förändringar som sker i den inflammerade tarmen. Genom detta kunde vi dra slutsatsen att vår läkemedelsprediktionsmetod, scDrugPrio, var relativt framgångsrik i att förutsäga patienternas svar på standardbehandling. Denna insikt ger oss hopp om att metoden kan vara ett framsteg för sjukvården. Det bör dock noteras att studien grundades på en begränsad grupp om 11 patienter, vilket understryker vikten av större och mer omfattande studier för att validera resultaten.

Vägen till klinisk användning

De sjunkande kostnaderna för högupplöst data kan öppna upp för att individanpassade läkemedelsval utgör en mer kostnadseffektiv strategi jämfört med traditionella behandlingstrappor, vilket kan öppna upp för en mer kostnadseffektiv strategi jämfört med traditionella behandlingsmetoder.

– Kostnaderna för att ta fram de högupplösta data som används av scDrugPrio har sjunkit betydligt de senaste åren. Där det tidigare kostade ungefär 150 000 kronor per patient ligger den summan numera på runt 20 000–30 000 kronor per patient. Det bör ses i ljuset av att biologiska läkemedel kostar 200 000–350 000 kronor per patient och år. Att investera 20 000 kronor för att bedöma nyttan för de nästkommande 100 000 kronorna i läkemedelskostnad kan vara ett kostnadseffektivt framsteg.

Trots detta återstår utmaningen att säkerställa metodens tillförlitlighet och säkerhet innan den kan implementeras brett på kliniker.

– Tidsmässigt när det kan nå kliniken styrs mycket av om vi lyckas upprepa våra resultat i större studier. Vi vill ju givetvis se till att det är en säker och tillförlitlig metod. Just nu håller jag på att planera för fler studier, bland annat på Magtarmmedicinska kliniken vid Universitetssjukhuset i Linköping, säger Samuel.

Samuels arbete och den nya forskningsmetoden har även fått uppmärksamhet från media, med ett reportage från Vetenskapsradion som belyser betydelsen av digitala tvillingar inom medicinsk forskning och sjukvårdens framtid.

Läs mer

Artikel i Genome Medicine

2024

Samuel Schäfer, Martin Smelik, Oleg Sysoev, Yelin Zhao, Desiré Eklund, Sandra Lilja, Mika Gustafsson, Holger Heyn, Antonio Julia, Istvan A. Kovacs, Joseph Loscalzo, Sara Marsal, Huan Zhang, Xinxiu Li, Danuta Gawel, Hui Wang, Mikael Benson (2024) scDrugPrio: a framework for the analysis of single-cell transcriptomics to address multiple problems in precision medicine in immune-mediated inflammatory diseases Genome Medicine, Vol. 16, Artikel 42 Vidare till DOI

Din digitala tvilling – en kopia av dig som visar doktorn hur du mår (Vetenskapsradion)

I framtiden kan din läkare ha en digital kopia av dig som kan visa om du håller på att bli sjuk. Längst har man kommit med de autoimmuna tarmsjukdomarna där en klinisk studie nu startar på patienter i Linköping. Där ska digitala tvillingar av deras tarmvävnad användas för att kunna ge varje individ exakt rätt läkemedel.

Länk till inslaget på SR-play.

Relaterat innehåll

Organisation

Senaste nytt från LiU

CO2 skrivet på blå himmel med bokstäver av moln.

Riskfylld väg mot klimatmål för Stockholm

Stockholms mål är att år 2030 fånga in mer koldioxid än vad som släpps ut. Därför satsar staden på ny teknik vid kraftvärmeverket Värtaverket. Men det är en strategi som antagits utan tillräcklig diskussion om riskerna, konstaterar forskare vid LiU.

Professor Marie Cronqvist.

Historieprofessor på spaning efter framtidens Hesa Fredrik

Med ett intresse för det tvärvetenskapliga fält som kallas för "historical sound studies" tar Marie Cronqvist klivet från Lund till Linköping. Hon är professor i historia och ska fördjupa sig i hur larmsignalen VMA påverkar människan.

Världens första ISO-standarder för cirkulär ekonomi klara

Flera forskare från LiU har deltagit i arbetet med att ta fram världens första ISO-standarder för en cirkulär ekonomi. Målet är ett mer hållbart samhälle.