Medicina delle 4P: un modello di medicina per il futuro | Internet 4 Things

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Medicina delle 4P: un modello di medicina per il futuro

La Medicina Preventiva, Partecipativa, Personalizzata e Predittiva è legata a doppio filo allo sviluppo del data mining e dell’IoT Health: perché? Di che si tratta? Applicazioni e scenari

Cos’è la medicina delle 4P

La medicina delle 4P (P4 Medicine) è la medicina Preventiva, Partecipativa, Personalizzata e Predittiva. Un paradigma scientifico emerso nell’ambito della biologia sistemica: la sua prima formulazione si deve all’Institute for System Biology di Seattle, diretto da Leroy Hood.

In un paper pubblicato nel 2012 sul Journal of Internal Medicine, i ricercatori hanno proposto di integrare le scienze omiche nella lotta contro il cancro, per identificare i biomarcatori della malattia e pensare nuove strategie per la scoperta di target farmacologici.

La biologia sistemica si basa infatti sulle scienze omiche, che studiano non il singolo gene o la singola proteina ma il sistema geni (genoma), il sistema degli RNA messaggeri (trascrittoma), il sistema delle proteine (proteoma), il sistema dei metaboliti di ogni cellula (metaboloma) e come questi interagiscono tra loro.

Medicina delle 4P

Genomica, trascrittomica, proteomica, metabolomica analizzano le componenti dei loro sistemi con tecnologie sempre più avanzate di data-mining che consentono di identificare le relazioni latenti tra i dati quantitativi a disposizione. Sorgenti di dati che la biologia sistemica utilizza per elaborare modelli che si avvicinino alla complessità degli organismi viventi: secondo la formulazione di Hood, che negli anni ’80 ha progettato il primo sequenziatore peptidico e il primo sequenziatore automatico di Dna, “la biologia guida la tecnologia che guida il calcolo computazionale”.

Lo sviluppo delle scienze omiche consente misurazioni multiparametriche del sangue che rendono il prelievo una “finestra diagnostica sulla salute dell’individuo”. Si arriva così alla medicina sistemica, che, come descritta da Hood, permette di fornire approfondimenti sui meccanismi delle malattie, stratificare malattie complesse in sottotipi distinti con maggiore efficacia dei farmaci, fornire nuovi approcci alla targetizzazione degli stessi farmaci, generare metriche per la valutazione del benessere. La Medicina delle 4P, la parte clinica della medicina sistemica, ha altri due obiettivi: quantificare il benessere e demistificare la malattia.

Obiettivi che non possono prescindere dallo sviluppo dell’IoT Health. Come?

Medicina preventiva: cos’è e quali sono le sue caratteristiche

La medicina preventiva è la branca della medicina che si occupa di prevenire la malattia, sia attraverso l’individuazione dei fattori di rischio sia attraverso la promozione di comportamenti “sani”. È la medicina dello screening, degli esami di routine, dei check-up periodici.

Nel modello di medicina delle 4P “a regime”, il profilo molecolare personale viene combinato con i dati dell’alimentazione che arrivano dal frigorifero intelligente, con quelli del colorito della pelle e degli occhi che arrivano dai wearable con fotocamera, di monitoraggio della pressione sanguigna che arriva dagli altri tipi di wearable, delle analisi di microbioma e proteoma effettuate nel momento più indicato, dell’attitudine a fare sport o movimento segnalate dallo smartphone: questi dati diventano la base per discutere con il proprio medico di come migliorare il proprio stile di vita, non sulla base di statistiche “di massa” ma sull’incrocio di dati e abitudini personali.

Il mercato dello screening, che si rivolge non a chi ha già manifestato sintomi ma a chi potrebbe essere “a rischio” di una qualche malattia, è particolarmente interessante per le aziende bio-tech: a settembre 2020, la società americana Illumina, che commercializza sistemi integrati per l’analisi delle variazioni genetiche e delle funzioni biologiche, ha acquisito per 8 miliardi di dollari la startup Grail, che, dal nome, promette di essere il “Sacro Graal” dello screening oncologico e cioè di rilevare 50 diversi tipi di cancro con un semplice esame del sangue. Il test Grail funziona cercando il DNA del tumore che circola nel sangue: non ancora approvato, si è dimostrato efficace nei pazienti in stadio avanzato, ma molto meno (<20%) nella rilevazione precoce. Il Servizio Sanitario Nazionale del Regno Unito lo testerà su 140.000 britannici senza sintomi, con uno studio, dopo le polemiche suscitate, randomizzato.

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Medicina 4P

Gli screening più comuni riguardano la presenza di ipertensione, iperglicemia, ipercolesterolemia, depressione: non è un caso che, come vedremo nei paragrafi seguenti, siano settori correlati alle misurazioni delle più comuni app per smartphone o smartwatch.

Il monitoraggio dei parametri vitali tramite selfie è la promessa dell’app israeliana Binah: riconoscimento facciale, deep learning per accedere ai dati di frequenza cardiaca, saturazione di ossigeno, frequenza respiratoria e stress mentale in sessanta secondi al massimo.

Una particolare forma di prevenzione è affrontata dal progetto “Debug” di Verily Life Science, già Google Life Science: sensori, algoritmi e ingegneria per allevare in modo automatizzato milioni di zanzare maschi sterili, selezionarle e rilasciarle così da fermare la riproduzione della specie “Aedes aegypti” che diffonde Dengue, Zika e altre malattie. Il 40% di persone al mondo è a rischio di contrarre una malattia diffusa da questa specie. Le zanzare maschio allevate da Verily contengono un batterio naturale chiamato Wolbachia, che non consente alle uova degli esemplari femmine di schiudersi. In corso la realizzazione di software e strumenti di monitoraggio per guidare il rilascio delle zanzare sterili nelle aree più indicate e di nuovi sensori e trappole per individuare e monitorare la condizione delle aree trattate. I primi risultati sono stati pubblicati nell’aprile 2020 su Nature Biotechnology.

Medicina partecipativa: cos’è e quali sono le sue caratteristiche

La medicina partecipativa punta alla presa di consapevolezza (empowement) del paziente, che da soggetto “passivo” si riappropria della propria salute adottando scelte consapevoli di cura e prevenzione, anche grazie alla trasparenza dei propri dati digitali e alle possibilità di comunicazione offerte dalle nuove tecnologie. Medici e pazienti che diventano “partner di cura” con un obiettivo comune: la salute, che è anche miglioramento della qualità della vita.

Un esempio è l’iniziativa “Question Time” portata avanti da maggio 2020 dal Centro per lo Studio e la Cura della Malattia di Parkinson dell’IRCCS Neuromed di Pozzilli (Is) e dall’Associazione ParkinZone: un appuntamento quotidiano di un’ora in cui i pazienti e caregiver si collegano con clinici ed esperti per discutere dei temi legati alla patologia, accompagnati da una psicologa. Al “Question Time” si sono aggiunte classi virtuali di teatro e attività fisica, per migliorare la motricità e l’autonomia dei pazienti stessi.

Ma medicina partecipativa è anche open science e collaborazione tra ricercatori: l’11 gennaio scorso il Broad Institute MIT e Harvard, Microsoft e Verily hanno annunciato una partnership per potenziare la piattaforma di ricerca open-source Terra. La piattaforma, già utilizzata da migliaia di ricercatori al mese per analizzare i dati di milioni di partecipanti a progetti di ricerca scientifica, sarà dotata del cloud Microsoft, di dati e tecnologie AI a supporto di una rete globale di oltre 168.000 organizzazioni sanitarie e di scienze della vita: l’obiettivo principale è l’interoperabilità, con l’accesso sicuro e autenticato agli archivi di dati distribuiti, l’analisi federata dei dati per nuovi modelli analitici, l’utilizzo di dati aperti sugli standard tecnici stabiliti dalla Global Alliance for Genomics and Health.

Medicina personalizzata: cos’è e quali sono le sue caratteristiche

La medicina personalizzata punta a diagnosi e terapie strutturate in base all’unicità dei profili omici di ciascun individuo. Anche questa P passa dalla raccolta di dati e informazioni e, più delle altre, dallo sviluppo dell’IoT Health e dai suoi sistemi di monitoraggio, anche a distanza.

Nel 2014, Verily ha lanciato Liftware Level, un cucchiaio/forchetta intelligente che riconosce i movimenti incontrollabili della mano e compensa automaticamente. Il dispositivo riconosce dove si trova la mano in ogni momento e si piega per contrastare qualsiasi movimento indesiderato, consentendo, ad esempio, di mangiare in autonomia e tranquillità.

Tra i dispositivi medici si segnala Biobeat, certificato FDA e CE, applicabile al polso o sul petto che monitora 14 parametri vitali: pressione sanguigna, pressione al polso, battito cardiaco, saturazione dell’ossigeno, temperatura corporea tra gli altri. Viene utilizzato per il monitoraggio clinico in ospedale o a domicilio.

Anche i principali smartwatch in commercio (Apple Watch, Samsung Galaxy, Garmin Vivoactive, Fitbit Sense, Withings Scanwatch) prevedono funzioni come il monitoraggio del battito cardiaco, la saturazione dell’ossigeno, il monitoraggio del sonno e del livello di stress, ma non tutti, e non per tutte le funzioni, sono certificati. È certificata CE e approvata per gli utenti sopra i 22 anni la notifica per il ritmo irregolare dell’Apple Watch, che utilizza il cardio­frequenzimetro ottico per rilevare l’onda sfigmica del polso e cercare una variabilità negli intervalli intrabattito quando l’utente è a riposo. Lo scorso dicembre ha ricevuto il marchio CE l’app Samsung Health Monitor, necessaria per effettuare le misurazioni della pressione sanguigna e di un ECG, funzioni disponibili dalla seconda metà di febbraio su Samsung Watch 3 e Galaxy Watch Active 2 anche in Italia. La funzione ECG Fitbit è certificata e disponibile da ottobre 2020. Lo Scanwatch della Withings ha il marchio CE sia per ECG che per la misurazione della saturazione di ossigeno.

Verily ha inserito l’uso dello Study Watch nel Personalized Parkinson’s Project, uno studio pluriennale nei Paesi Bassi in collaborazione con il Radboud University Medical Center, la Radboud University e ParkinsonNet sui fattori che influenzano il decorso della malattia di Parkinson. La ricerca parte dalla banca dati di ParkinsonNet e punta a identificare nuovi biomarker per trattamenti più personalizzati attraverso analisi molecolari, imaging cerebrale avanzato e dispositivi indossabili con sensori di monitoraggio. Un progetto simile è lo studio Aurora, guidato da Harvard in collaborazione con 19 istituzioni: 5 anni per studiare 5.000 individui che hanno subito un trauma utilizzando i dati fisiologici continui ottenuti dallo Study Watch e incrociandoli con quelli delle app per smartphone, delle visite di persona, delle misurazioni genomiche, dei test neurocognitivi e delle revisioni delle cartelle cliniche. L’obiettivo è costruire modelli migliori di diagnosi e trattamenti disponibili per il disturbo post-traumatico da stress, la sindrome post-concussiva e la depressione.

Medicina predittiva: cos’è e quali sono le sue caratteristiche

La medicina predittiva punta a “predire”, cioè prevedere, sulla base dell’elaborazione dei dati genomici e dei biomarcatori molecolari di ogni individuo, il fattore di rischio di una malattia prima che si manifesti.

Medicina 4P

L’incrocio dei dati crea uno storico da cui è possibile simulare diversi scenari possibili, riguardo la predizione di malattie cardiache, la diagnosi di quelle croniche, ma anche la probabilità di successo di un intervento terapeutico.

Un esempio è la radiomica, l’analisi che estrae informazioni predittive delle immagini diagnostiche tramite algoritmi di AI. La radiomica integra dati genotipici e fenotipici negli altri dati clinici e permette di caratterizzare i tessuti in modo non invasivo. Punta sulla radiomica Enlitic, società con sede a S. Francisco che ha sviluppato una piattaforma AI integrabile nei sistemi di analisi diagnostica che interpreta le scansioni mentre vengono acquisite con supporto al clinico in tempo reale.

Tra le aziende e le startup che forniscono servizi di medicina predittiva, si segnala inoltre Lumiata, che genera previsioni per l’insorgenza di oltre 20 malattie.

A livello di organizzazione ospedaliera, un esempio di medicina predittiva è il Capacity Command Center de The John Hopkins Hospital, nel Maryland, inaugurato nel 2016 e realizzato in collaborazione con Ge Health Care: una stanza con 22 schermi hd e 24 persone di dipartimenti diversi per gestire 1100 posti letto. Grazie all’analisi predittiva, il digital twin dell’ospedale ne prevede l’attività per le successive 48 ore, e a seconda dei diversi scenari aiuta a prendere la migliore decisione possibile.

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