شابة تفوز بجائزة 250,000 دولار لتطوير خوارزميات لاكتشاف أعراض أمراض القلب مبكراً

لا يبدو الوقت بعيدًا حيث تتصوّر اماندا راندلس عالمًا يتيح ساعتك الذكية، أو جهاز مماثل، في تغذية البيانات باستمرار إلى محاكاة افتراضية لجسمك بأكمله، مما يسمح للأطباء بمراقبة صحتك على مستوى شخصي، بشكل لا يشبه أي شيء نشهده اليوم.

وقالت راندلس لصحيفة بزنس انسايدر: “الرؤية طويلة المدى تتمثل أساسًا في بناء مساعدك الافتراضي، أو توأمك الرقمي”.

تقضي راندلس، أستاذة في علوم الطب الحيوية في كلية برات للهندسة بجامعة ديوك، معظم وقتها في بناء بعض من تلك المحاكاة الافتراضية.

وتركز بشكل خاص على تحاكي تدفق الدم وحركة الخلايا في الجسم. وقد فاز بحثها مؤخرًا بجائزة جمعية الحوسبة الآلية بقيمة 250،000 دولار.

وذكر ساليل باريخ في بيان، الرئيس التنفيذي لشركة أنفوسيس التي تقدم التمويل للجائزة: “تقنياتها المبتكرة لن تعمق فقط فهمنا للأمراض ولكن أيضًا ستعلن عن عصر جديد من المحاكاة الطبية الحيوية”.

وفقًا لما قالتهُ راندلس أن أجهزة مراقبة اللياقة تتيح في الوقت الحالي تتبع نبضات القلب خلال الروتين اليومي. ومع ذلك، إذا كان بإمكانها أيضًا متابعة التغيرات في تدفق الدم في الوقت الحقيقي، فإن ذلك يمكن أن يساعد الأطباء على الانتقال من “رعاية لاحقة إلى رعاية سابقة”.

بمعنى آخر، يمكن أن يساعد ذلك في تحديد علامات الحالات المميتة المحتملة مثل أمراض القلب بشكل أسرع بكثير، مما قد يؤدي إلى علاج أفضل. فأمراض القلب هي السبب الرئيسي للوفاة في الولايات المتحدة، حيث تقدر وفاة واحدة من بين كل خمس وفيات كل عام.

في حين يثير ذلك مخاوف حول الخصوصية، فإن التوأم الافتراضي الذي يتتبع صحتك يوميًا سيكون ثوريًا فيما يتعلق بالرعاية الصحية. ومع ذلك، فأن زيادة تحميل البيانات أحدى التحديات مثل التي تواجهها راندلس.

ولأن قلبك ينبض 100،000 مرة في اليوم، فإن ذلك يشكل كمية هائلة من البيانات. وتعمل راندلس وفريقها على معرفة كيفية التقاط لحظات وتطبيقها على سيناريوهات أكبر.

على سبيل المثال، إذا جلست أمام الكمبيوتر لبضع ساعات كل صباح لمدة أسبوع، فقد لا يكون هناك ضرورة لإدراج النموذج كل ثانية.

وأضافت راندلس عندما تحصل على تلك المرجعية الشخصية، “علينا إيجاد طرقًا للمعايرة عندما تكون قد خرجت عن المسار ولا يوجد تتطابق بعد ذلك”.

وعلى سبيل المثال، سيكون النموذج قادرًا على اكتشاف تكوين الترسبات في القلب.

في حين أنها متفائلة بأن الأجهزة العادية القابلة للارتداء ستوفر بيانات كافية جيدة للنموذج، حيث ذكرت راندلس أن بعض مرضى القلب قد يحتاجون إلى أجهزة ذات جودة طبية.

يمكن أن تكون هذه الخرائط الدموية القائمة على الأجهزة القابلة للارتداء تلوح في الأفق، وقالت راندلس “إنها ليست عقودًا بعيدة”.

وأضافت: “أعتقد أننا سنراها خلال الخمس إلى السبع سنوات القادمة”.

في الوقت الحالي، يعتبر الجهاز الدوران جزءًا واحدًا من الجسم البشري بأكمله، وتهتم راندلس بدمج الدماغ والأنظمة الأخرى في مفهوم التوأم الافتراضي. وقالت إن هذه التقنية تبعد على الأقل عقدًا من الزمن.

في هذه الأثناء، فإن تجارب المحاكاة التي تقوم بها راندلس تساعد بالفعل الأطباء بطرق أخرى.

خريطة ثلاثية الأبعاد مخصصة لجهاز الدوران

باستخدام تجارب محاكاة راندلس، يمكن للأطباء تحديد متى يحتاج المريض إلى تركيب دعامة لتحسين تدفق الدم في قلبه بطريقة غير جراحية. فالطريقة التقليدية تتم عن طريق إدخال سلك موجه في الشريان التاجي لقياس الضغط.

أضافت راندلس: “باستخدام النماذج الافتراضية لا نحتاج إلى إدخال السلك الموجه في المريض”.

تعمل راندلس على السماح للأطباء بتجريب علاجات مختلفة افتراضيًا، مثل مكان تركيب دعامة، لمعرفة أيها يناسب المريض بشكل أفضل قبل أن يدخلوا غرفة العمليات.

وحاليًا، يتطلب الأمر الكثير من قوة الحوسبة، لذا فإن مختبرها يدمج التعلم الآلي لجعل العملية أسرع.

تتبع خلايا السرطان

عندما تتوزع خلايا السرطان في الدورة الدموية، يمكن أن تتكيف أحيانًا في جزء مختلف من الجسم وتشكل أورامًا جديدة، ما يعرف “بالانبثاث”.

بالنسبة لجزء آخر من بحثها، تختبر راندلس كيفية تحرك الخلية السرطانية. تغير راندلس في تجارب المحاكاة معايير مختلفة، مثل كيفية تأثير حجم نواة الخلية على حركتها.

عندما يتوفر ما يكفي من البيانات حول خصائص الخلايا المختلفة وكيفية تحركها، من الممكن أن يكون الأطباء حينها قادرين بشكل أفضل على التنبؤ بكيفية ومكان انتشار خلايا السرطان المحددة.

وقالت راندلس: “ما الذي يجعل الخلايا السرطانية أكثر احتمالًا للانتشار في الدماغ أو الثدي”. “إذا استطعنا فهم ما يدور حول هذه الخلية التي تجعلهم يتجهون في ذلك الاتجاه، فهذا يمكن أن يفيد في تقديم العلاج”.