El projecte O-Health per prevenir i anticipar els factors de risc de les Malalties No transmissibles (MNT) com l'aterosclerosi, la degeneració dels discos intervertebrals, l'artrosi de genoll o l'emfisema pulmonar comptarà amb una beca Consolidator Grant (CoG) del Consell Europeu de Recerca (ERC). L'investigador de la UPF que dirigeix aquest projecte, Jérôme Noailly, ha rebut la CoG, una beca de prestigi per a projectes nous, d'alt risc i amb alt potencial d'impacte científic o tecnològic per ajudar els directors de grup a establir nous equips de investigació.
Amb un finançament de 2 milions d'euros per a cinc anys, Noailly ha estat un dels 19 seleccionats a Espanya, vuit a Catalunya, a la convocatòria del Consell Europeu de Recerca (ERC-2021-CoG) i O-Health és l'únic projecte espanyol atorgat pel panell Enginyeria de productes i processos (PE8) de l'ERC.
Les Malalties No transmissibles (MNT) es produeixen per una combinació de factors, com la predisposició genètica o els factors fisiològics, ambientals, de conducta i l'edat. Alguns exemples de malalties d'aquest tipus són els desordres musculoesquelètics, les malalties respiratòries cròniques, les malalties cardiovasculars, el càncer i els desordres metabòlics, entre d'altres.
Noailly explica que el projecte vol avançar en la prevenció de malalties complexes de diagnosticar atesa la invisibilitat dels seus primers símptomes
El projecte O-Health intenta avançar en la prevenció d'aquestes malalties per donar resposta a les dificultats que presenta el seu diagnòstic en les fases més primerenques del seu desenvolupament. Els mecanismes patofisiològics associats a aquestes malalties poden començar uns quants anys abans que se'n manifestin els símptomes i se n'arribi a un diagnòstic clínic. "La seva evolució subclínica, és a dir invisible, pot ser molt lenta fins que apareguin els primers símptomes", precisa el professor Jérôme Noailly, que lidera l'àrea de Biomecànica i Mecanobiologia del Centre Barcelona per a les Noves Tecnologies Mèdiques (BCN MedTech), de la UPF.
Les MNT que involucren òrgans que suporten càrregues mecàniques, com artèries, articulacions o pulmons involucren mecanismes de desenvolupament silenciosos particularment complexos. Les cèl·lules dels teixits dels òrgans esmentats són mecano-sensitives; és a dir, tenen la capacitat de sentir i respondre a les càrregues mecàniques. "En un entorn biològic normal, aquesta mecanosensibilitat permet a les cèl·lules mantenir el teixit en un estat plenament funcional", explica l'investigador. "En canvi, en presència de pertorbacions biològiques, com per exemple les degudes a variants genètiques o a desordres metabòlics, els canvis d'interacció entre biologia i mecànica no es poden mesurar directament i són difícils d'inferir només mitjançant exploracions clíniques. A més, l'estil de vida d'una persona és un factor afegit que afecta tant la mecànica diària del cos com la regulació biològica. Hi ha, per tant, una gran necessitat de descriure i interpretar una complexitat que no hem estat capaços de mesurar fins ara" – exposa Noailly.
Amb els actuals mitjans d'exploració de la salut, aquesta invisibilitat dificulta la prevenció i el diagnòstic precoç de les MNT. Això ha propiciat un augment del període de temps durant el qual les persones que contrauen aquestes malalties viuen amb algun tipus de discapacitat, i més tenint en compte que ha augmentat l'esperança de vida. A més, cal tenir en compte l'augment de la incidència de les MNT arreu del món durant els darrers 20 anys. D'acord amb les darreres mètriques globals de salut publicades (GBD 2019) públiques, les MNT ocupaven el 70% del top 10 de les malalties més letals i discapacitants entre la població mundial d'entre 25 i 49 anys. Les que tenen més incidència són les malalties cardiovasculars (en 3a posició), seguides de les lumbàlgies (en 4t lloc).
El projecte O-Health aborda el problema de comprendre el desenvolupament de malalties com l'aterosclerosi, la degeneració dels discos intervertebrals, l'artrosi de genoll i l'emfisema pulmonar durant la fase silenciosa
El projecte O-Health aborda el problema de comprendre el desenvolupament de les MNT durant la seva fase silenciosa i representa un pas més en les investigacions dutes a terme fins ara per Noailly. L'investigador porta més de 20 anys desenvolupant i utilitzant el modelatge in silico multiescala, que consisteix a integrar coneixement, dades i hipòtesis en models matemàtics que es resolen via tècniques de càlcul computacional. "La nostra investigació prèvia en els camps de la degeneració del disc intervertebral, de l'artrosi de genoll, de l'emfisema pulmonar i de l'aterosclerosi, ens porta a pensar que el modelatge in silico multiescala sí que permet aquesta comprensió de la relació entre dinamismes cel·lulars i MNT que afecten òrgans específics, en analitzar els efectes creuats d'entorns biològics i mecànics canviants".
Amb el projecte O-Health s'avança més en aquest camp de recerca per "tenir en compte que el cos sencer és un sistema on els òrgans estan interconnectats", exposa Noailly. O-Health proposa un nou tipus de modelatge computacional transversal, que representi la interacció entre models específics de MNT a través de la circulació sanguínia sistèmica. Els models específics de MNT que estaran "connectats" al model transversal seran l'aterosclerosi, la degeneració dels discos intervertebrals, l'artrosi de genoll i l'emfisema pulmonar.
En cadascun d'aquests models, anomenats models verticals, les cèl·lules són mecano-sensitives. La combinació de models físics de deformació dels òrgans i teixits amb models de biologia computacional a petita escala permetrà integrar les influències creuades de la mecànica i de la biologia sobre l'evolució positiva o negativa de les cèl·lules.
Gràcies a això, es podran anticipar els factors de risc de les MNT molt abans que els teixits acabin alterats funcionalment, de manera que s'espera reduir el temps en què les persones afectades per aquestes malalties pateixin discapacitats com a conseqüència d'aquestes. Els models de biologia de sistemes de cada model vertical de MNT comunicaran amb el model sistèmic transversal i permeten relacionar els factors de risc amb el balanç global de la salut del cos. En particular, les múltiples interaccions amb el model transversal facilitaran, per primer cop, que es pugui tenir en compte la influència de desordres metabòlics, desajustos hormonals i desequilibris del sistema immune.
El projecte O-Health "simula tot el cos a través de variables sistèmiques presents a la inflamació de baix grau, la regulació hormonal i la regulació metabòlica"
"O-Health és una proposta dʻintegració escalable de models de MNT que no té precedents i simula tot el cos a través de variables sistèmiques presents en la inflamació de baix grau, la regulació hormonal i la regulació metabòlica", diu Noailly. "Per exemple, ja hi ha models cardíacs i vasculars que permeten interpretar els electrocardiogrames fins al detall de l'electrofisiologia cardíaca o simular la circulació sanguínia d'un cos complet. Si aquests models s'acoblen al sistema O-Health, assolirien un impacte molt més enllà de l'abast d'una malaltia específica".
A nivell tecnològic, tots els models d'O-Health estaran dissenyats per ser interoperables, cosa que permet visionar un sistema plug and play (únicament, a partir de la seva connexió, ja es pot utilitzar el sistema) de models verticals de MNT produïts per altres grups de recerca, tots ells connectables al model transversal sistèmic. La interoperabilitat del model transversal estarà dissenyada per millorar, amb el temps, les descripcions de les funcions metabòliques, endocrines i immunològiques que participen a la comunicació sistèmica.
Col·laboracions amb centres internacionals que treballen amb dades biològiques i clíniques
El desenvolupament d'O-Health requereix també dades biològiques i clíniques per al calibratge i la validació. El projecte preveu col·laborar amb grans cohorts poblacionals com Twins UK i les Northern Finland Birth Cohorts i la ciència de dades serà un dels aspectes centrals d'O-Health, tant per al desenvolupament de la tecnologia com per al seu ús. En particular, els models basats en dades d'O-Health seran clau perquè el conjunt de les simulacions sigui personalitzables segons dades d'hàbits de vida, sexe, edat i comorbiditats conegudes.
El sistema O-Health serà accessible i integrarà coneixements acumulats durant 20 anys de recerca
El sistema O-Health serà accessible a través d'una interfície web, connectada a un conjunt d'ordinadors, sincronitzats entre si i especialitzats per al modelatge morfològic d'òrgans, el càlcul de mecànica d'òrgans i teixits, el càlcul de biologia computacional i la gestió i mineria de dades.
"O-Health és una visió de futur que integra coneixements acumulats durant uns 20 anys de recerca pròpia, d'altres investigadors de BCN MedTech, i durant dècades de recerca de comunitats com la del Virtual Physiological Human, que treballen per promoure la medicina in silico , personalitzada i predictiva".
"Creiem que, si podem anticipar les relacions fisiològiques silencioses entre diverses MNT a nivell corporal en adults joves, podrem acotar els anys de vida ajustats per discapacitat (AVAD) de les persones de manera dràstica"
Des del BCN MedTech, col·laboren també al projecte O-Health els professors Gemma Piella i Miguel Ángel González Ballester, directors del grup de Simulation, Imaging and Modelling for Biomedical Systems (SIMBIOsys). Són experts en ciència de dades, aprenentatge automàtic i anàlisi i processament d'imatge mèdica. "Creiem que, si podem anticipar les relacions fisiològiques silencioses entre diverses ENT a nivell corporal en adults joves, podrem acotar els anys de vida ajustats per discapacitat (AVAD) de les persones de manera dràstica", conclou Noailly.