Replici digitale personalizate ale stomacului, noua frontieră în diagnosticarea bolilor gastrointestinale

În ciuda prevalenței ridicate a bolilor gastrointestinale, diagnosticul precis rămâne o provocare majoră. Mulți pacienți se confruntă cu simptome persistente, dar investigațiile convenționale, precum endoscopia sau imagistica, nu identifică cauzele. În acest context, Lei Shi, profesor asistent de inginerie mecanică la Universitatea de Stat din Kennesaw, propune o abordare inovatoare bazată pe modele digitale personalizate ale stomacului.
Sprijinit de o bursă National Science Foundation, proiectul vizează crearea unor „gemeni digitali” ai stomacului uman, capabili să simuleze atât structura mecanică, cât și activitatea electrică a organului. Cercetarea îmbină imagistică medicală avansată, teste biomecanice și modelare computațională pentru a depăși limitele actualelor metode de diagnostic.

Ipotezele de bază

• Modificări microscopice ale proprietăților mecanice ale stomacului pot apărea chiar și atunci când acesta pare normal la imagistică.
• Disfuncțiile în semnalizarea electrică naturală a stomacului pot influența contracția și motilitatea gastrică.

Metodologie și colaborări

Cercetarea este realizată în colaborare cu medici de la Universitatea Emory, care furnizează date esențiale: tomografii computerizate, imagini endoscopice și manometrie (măsurarea presiunii și deformării esofagului și stomacului). În laboratorul Intelligent Biomechanics de pe campusul Marietta al Universității de Stat din Kennesaw, datele sunt integrate în modele 3D personalizate, iar țesuturile sunt testate biomecanic pentru a măsura rigiditatea și elasticitatea.

Importanța diferențelor mecanice

„Două stomacuri pot arăta identic, dar unul poate fi rigid, iar celălalt moale – iar acest lucru le influențează funcționarea", explică Shi. Combinarea informațiilor despre proprietățile mecanice cu cele despre activitatea electrică permite simularea fidelă a comportamentului stomacului real.

Aplicații clinice și extinderea proiectului

• „Gemenii digitali” pot identifica modificări subtile ignorate de metodele convenționale.
• Pot servi drept platforme de testare pentru planificarea tratamentelor personalizate.
• Shi își propune extinderea modelării către întregul tract gastrointestinal, inclusiv interacțiunea cu axa creier-intestin.
• Vor fi integrate algoritmi de învățare automată pentru analiză și predicție accelerată.

Implicarea studenților

Proiectul oferă oportunități unice pentru formarea tinerilor cercetători. Un student doctorand contribuie deja la validarea experimentală a modelelor, iar un al doilea doctorand va fi recrutat. Experiența practică în experimente mecanice și modelare computațională transformă această cercetare într-un veritabil incubator pentru viitorii ingineri biomedicali.

„Cel mai mult mă entuziasmează faptul că nu ne limităm la cod sau simulări – învăț și partea experimentală, ceea ce dă sens real muncii mele.” – Yue Li, doctorand în echipa profesorului Shi

Concluzie

Abordarea transdisciplinară propusă de Lei Shi combină ingineria, medicina și inteligența artificială pentru a crea o nouă paradigmă în înțelegerea și tratarea bolilor gastrice. Modelarea digitală personalizată ar putea revoluționa nu doar diagnosticul gastroenterologic, ci și modul în care înțelegem funcționarea sistemului digestiv uman.