Per decenni, l’apprendimento basato sulla simulazione è stato fondamentale per l’educazione medica, fornendo agli studenti un ambiente sicuro e controllato per esercitarsi in abilità essenziali. Tuttavia, i modelli tradizionali spesso non riescono a rispecchiare con precisione la complessità della fisiologia umana. Ecco AIBODY, una piattaforma rivoluzionaria che simula la fisiologia umana dal livello cellulare in su. Modellando i processi biochimici e biofisici in tempo reale, AIBODY garantisce una precisione senza precedenti, offrendo possibilità di trasformazione per l’istruzione, la ricerca e la medicina personalizzata.
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Nel corso della storia, l’apprendimento basato sulla simulazione è stato un pilastro dell’educazione sanitaria e della formazione medica professionale, utilizzato per preparare gli studenti a trattare i pazienti in modo efficace, professionale e sicuro. Tuttavia, anche se la tecnologia che rende possibili le simulazioni sanitarie continua a evolversi, i modelli di simulazione tradizionali dall’alto verso il basso che dominano il campo rimangono limitati nella loro capacità di catturare accuratamente le situazioni cliniche del mondo reale. Tendono a non avere la profondità necessaria per replicare realisticamente la natura complessa e interconnessa della fisiologia umana e la flessibilità necessaria per ricreare e rispondere in tempo reale a un’ampia gamma di scenari che si verificano in ambito clinico. Queste carenze limitano l’utilità dei modelli per gli studenti, rendendo più difficile il trasferimento delle competenze acquisite attraverso la simulazione all’assistenza reale al paziente.
Immagina ora un approccio radicalmente nuovo, che simuli la fisiologia umana dal basso verso l’alto, anziché dall’alto verso il basso. Un approccio che parte dai “primi principi” della biologia, modellando le funzioni fisiologiche a livello subcellulare e catturando con precisione i processi dinamici, non lineari e interconnessi che si verificano all’interno dell’organismo umano.
Questo nuovo approccio è alla base del modello generale di fisiologia umana di AIBODY.
Frutto di oltre un decennio di ricerca e sviluppo, questo modello innovativo è composto da oltre 132.000 parametri distinti che vengono ricalcolati continuamente ogni pochi millisecondi per offrire simulazioni in tempo reale e ad alta risoluzione che riproducono la complessità della fisiologia umana.
A differenza dei modelli tradizionali che semplificano eccessivamente i sistemi fisiologici, le simulazioni di AIBODY partono dal livello subcellulare per arrivare al livello dei tessuti, degli organi, dei sistemi e infine dell’organismo, in un modo rigorosamente guidato dalle regole e radicato nella ricerca scientifica. Questo permette ad AIBODY di integrare modelli dei sistemi cardiovascolare, endocrino e nervoso, creando la piattaforma biologica più versatile del suo genere. Questo livello di precisione e versatilità senza precedenti promette un’ampia gamma di applicazioni nel campo dell’istruzione, dei dispositivi medici, della ricerca farmaceutica, della medicina personalizzata e della salute preventiva.
Ad esempio, molte grandi università utilizzano già lo strumento di educazione medica interattiva basato sulla simulazione di AIBODY per semplificare l’insegnamento di concetti complessi, accelerare l’apprendimento degli studenti e replicare l’esperienza clinica pratica senza sacrificare la precisione.
Costruire un essere umano digitale, una cellula alla volta.
Il cuore della piattaforma di AIBODY è un modulo cellulare proprietario. Il team scientifico e tecnologico di AIBODY ha trascorso sei anni a modellare l’attività biochimica e biofisica delle cellule. Il culmine di questo lavoro ha prodotto un sistema unico in grado di imitare diversi tipi di cellule umane calibrando diversi attributi cellulari specifici.
Questi modelli di cellule basati sulla biochimica sono alla base della rappresentazione di tessuti, organi e sistemi di organi di AIBODY. Ogni cellula digitale all’interno del modello può comunicare con altre cellule attraverso il trasferimento di impulsi elettrici (cuore o tessuto nervoso) e la segnalazione ormonale attraverso la modellazione dei recettori della superficie cellulare.
Grazie a questo nuovo approccio, AIBODY è in grado di rappresentare principi biologici e fisici altamente dettagliati. La completa risoluzione della simulazione a livello subcellulare e cellulare pone una solida base che cattura i veri meccanismi delle funzioni fisiologiche. Su questa base, grazie a un approccio proprietario basato su agenti, il modello incorpora dinamiche non lineari, consentendo la rappresentazione di interazioni complesse e cicli di feedback, in cui piccoli cambiamenti possono creare effetti significativi in tutto il sistema.
Un vantaggio fondamentale di questo modello è l’inclusione di meccanismi di feedback omeostatici, che consentono alla simulazione di adattarsi e mantenere la stabilità in modo naturale, senza affidarsi a risposte pre-programmate.
Architettare il sistema in questo modo permette di rispondere in tempo reale a diversi stimoli e condizioni, con ricalcoli continui che riflettono la fluidità dei processi fisiologici della vita reale e producono risposte naturali e organiche quando si simulano gli effetti di farmaci, dispositivi medici o interventi chirurgici.
Breaking Bread: Modello di biochimica
Un grande esempio della potenza del modello di AIBODY è la biochimica. Questo modello offre una profondità senza precedenti nella simulazione biochimica, abbandonando i modelli semplificati a parametri fissi. Al contrario, AIBODY programma, in codice informatico, ogni fase della catena di trasformazioni biochimiche che avvengono in una cellula. L’aspetto più importante è che il modello consente di regolare le prestazioni degli enzimi, una capacità che offre un livello di sofisticazione e di accuratezza senza precedenti nella simulazione della patologia.
Prendiamo come esempio il catabolismo del glucosio e ipotizziamo che l’organismo virtuale di AIBODY abbia appena consumato una fetta di pane.
Il modello di AIBODY copre l’intero spettro della biochimica, simulando il processo completo dall’ingestione iniziale del pane e la scomposizione dell’amido in glucosio, attraverso il ciclo di Krebs completo e fino alla sintesi dell’ATP.
Al contrario, in un modello tradizionale top-down il catabolismo del glucosio verrebbe descritto attraverso un coefficiente di trasformazione con l’uso di una semplice equazione. Questo semplifica notevolmente il processo di simulazione, ma omette completamente la catena di reazioni.
Generare l’attività elettrica
Un altro vantaggio fondamentale dell’approccio sub-cellulare è la possibilità di sviluppare un sofisticato modello di membrana cellulare attraverso il quale AIBODY replica il potenziale d’azione, consentendo simulazioni realistiche dell’attività elettrofisiologica. Questo modello simula la generazione di scariche elettriche attraverso gli spostamenti della concentrazione di ioni attraverso la membrana cellulare, riflettendo i principi elettrofisiologici della vita reale.
Il modello di membrana cellulare di AIBODY è composto da quattro componenti che lavorano all’unisono:
1. Bilayer lipidico: Stabilisce le differenze di potenziale attraverso la membrana utilizzando un modello dielettrico.
2. Canali ionici: Simula la permeabilità selettiva degli ioni sodio, potassio e calcio attraverso canali specifici e completamente regolabili.
3. Pompe ioniche: Genera gradienti di concentrazione trasportando ioni di potassio all’interno delle cellule e ioni di sodio all’esterno, alimentati da energia metabolica basata sul componente finale sottostante.
4. Recupero di energia: Mantiene i gradienti ionici utilizzando l’ATP, prodotto dal catabolismo dei nutrienti (ad esempio, dall’ingestione di pane nell’esempio precedente). Il processo di trasferimento dell’energia è modellato in modo complesso e mostra il consumo di ATP che alimenta il pompaggio degli ioni, la formazione di ADP e lo scambio di ioni.
Innovazione nella simulazione sanitaria
Gli esempi e le illustrazioni dei modelli biochimici ed elettrofisiologici di AIBODY mostrano la profondità e la sofisticazione della piattaforma biologica sottostante, la prima a offrire simulazioni ad alta risoluzione dell’intero corpo umano.
La capacità di simulare dinamicamente le regolazioni delle prestazioni di ciascun enzima o, ad esempio, di modificare la permeabilità dei canali ionici, con gli effetti di questi cambiamenti che si propagano in tutto l’organismo, è una capacità immensamente potente che è unica di AIBODY e che non si trova nei tradizionali modelli di simulazione top-down.
Questa capacità di replicare i processi fisiologici e le patologie umane in modo estremamente accurato e dinamico pone AIBODY in una posizione di forza per facilitare le scoperte nel campo dell’educazione medica, della ricerca farmaceutica e sui dispositivi medici e della salute personalizzata.
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