Onderzoekers van de Universiteit van Galway maakten ‘digitale baby-twins‘. Dit om de gezondheid van baby’s tijdens hun cruciale eerste 180 levensdagen beter te begrijpen. Het team creëerde 360 geavanceerde computermodellen. Die simuleren de unieke stofwisselingsprocessen van elke baby.
De digitale baby’s zijn de eerste geslachtsspecifieke computermodellen voor het hele lichaam die het metabolisme van pasgeborenen weergeven. En wel met 26 organen, zes celtypen en meer dan 80.000 metabolische reacties.
precisiegeneeskunde
Real-life gegevens van 10.000 pasgeborenen, waaronder geslacht, geboortegewicht en metabolietenconcentraties, maakten het creëren en valideren van de modellen mogelijk. Zo kunnen wetenschappers het metabolisme van een individueel kind onderzoeken voor toepassingen in precisiegeneeskunde.
Het onderzoek van het team heeft tot doel de precisiegeneeskunde te bevorderen. en wel met behulp van computationele modellering. Ze beschrijven de computationele modellering van baby’s als baanbrekend, omdat het het begrip van het metabolisme van baby’s vergroot. En omdat het kansen creëert om de diagnose en behandeling van medische aandoeningen tijdens de eerste dagen van het leven van een baby te verbeteren. Denk bij die aandoeningen aan onder meer erfelijke stofwisselingsziekten.
Hoofdauteur Elaine Zaunseder, die werkt aan de Universiteit van Heidelberg, is enthousiast. “Baby’s zijn niet alleen kleine volwassenen. Ze hebben unieke metabolische kenmerken waardoor ze zich kunnen ontwikkelen. En zo gezond kunnen opgroeien. Baby’s hebben bijvoorbeeld meer energie nodig voor het reguleren van de lichaamstemperatuur. Hun hoge verhouding tussen oppervlakte en massa veroorzaakt dit. Ze kunnen echter de eerste zes maanden van hun leven niet rillen. Dus metabolische processen zorgen ervoor dat het kind warm blijft.
“Daarom was een essentieel onderdeel van dit onderzoekswerk het identificeren van deze metabolische processen. En het vertalen ervan naar wiskundige concepten die in het computationele model konden worden toegepast. We hebben het metabolisme op een orgaanspecifieke manier vastgelegd, wat de unieke mogelijkheid biedt om orgaanspecifieke energiebehoeften te modelleren die bij zuigelingen heel anders zijn dan bij volwassenen.”
Omdat voeding de brandstof is voor de stofwisseling, kunnen de onderzoekers de moedermelkgegevens van echte pasgeborenen gebruiken om de bijbehorende stofwisseling door het hele lichaam van de baby te simuleren, inclusief verschillende organen. Op basis van hun voeding hebben we de ontwikkeling van digitale baby’s gedurende zes maanden gesimuleerd en laten zien dat ze in hetzelfde tempo zullen groeien als baby’s in de echte wereld.”
Vroegtijdig opsporen van ziekten
Professor Ines Thiele, onderzoeksleider van het project, stelt dat screeningsprogramma’s voor pasgeborenen van cruciaal belang zijn voor het vroegtijdig opsporen van stofwisselingsziekten. Hierdoor verbeteren de overlevingskansen van baby’s en de gezondheidsresultaten. De variabiliteit die we waarnemen in de manier waarop deze ziekten zich bij baby’s manifesteren, onderstreept de dringende behoefte aan gepersonaliseerde benaderingen van ziektebeheer.