Bản sao kỹ thuật số kiểm soát quá trình trao đổi chất như thế nào?

Bản sao kỹ thuật số (Twin health) giúp bệnh nhân tiểu đường nhìn thấy điều gì đang diễn ra bên trong cơ thể và mô phỏng quá trình trao đổi chất riêng biệt của từng người.

Mở đầu

Một trong những bản sao kỹ thuật số đầu tiên từng được tạo ra là những mô hình sống của các sứ mệnh lên Mặt Trăng của NASA, lần đầu tiên được sử dụng để nghiên cứu điều gì đã xảy ra với tàu vũ trụ Apollo 13. Những mô hình này là một bước tiến so với các mô phỏng máy tính thông thường của tàu bay vật lý. Dữ liệu được thu thập và phân tích liên tục, vì vậy các mô hình này có khả năng cập nhật và học hỏi, đồng thời dự đoán tốt hơn các lỗi hoặc phản ứng với các điều kiện khác nhau.

Jahangir Mohammed đã thành lập Twin Health nhằm tạo ra một bản sao kỹ thuật số cho một cỗ máy còn phức tạp hơn nữa: cơ thể con người. Ông đang sử dụng các hình đại diện kỹ thuật số được cá nhân hóa để hỗ trợ điều trị cho các bệnh nhân mắc tiểu đường tuýp 2.

Hiện nay, cứ 10 người trưởng thành trên toàn thế giới thì có 1 người đang sống chung với bệnh tiểu đường, phần lớn là tuýp 2, chủ yếu do thói quen ăn uống và vận động kém trong xã hội hiện đại. Bệnh tiểu đường gây rối loạn quá trình trao đổi chất – chuỗi các phản ứng hóa học chuyển hóa thực phẩm thành năng lượng – dẫn đến lượng đường trong máu cao mãn tính, có thể gây suy thận, đau tim và đột quỵ.

Bước ngoặt đối với người bệnh tiểu đường

Thông thường, các bác sĩ sẽ làm xét nghiệm máu định kỳ và tùy vào kết quả mà kê đơn thuốc giúp kiểm soát đường huyết. Họ cũng đưa ra các hướng dẫn về chế độ ăn, mức độ vận động lý tưởng, thậm chí là cả thời lượng giấc ngủ tối ưu. Tuy nhiên, thách thức nằm ở chỗ quá trình trao đổi chất của mỗi người là khác nhau và có thể thay đổi theo thời gian dưới tác động của sức khỏe và hành vi.

Twin Health mang đến một phương pháp cá nhân hóa để người bệnh hiểu rõ quá trình trao đổi chất – nguyên nhân gốc rễ của bệnh tiểu đường tuýp 2. Công nghệ bản sao kỹ thuật số của họ sử dụng AI để điều chỉnh điều trị theo từng vấn đề cụ thể của mỗi bệnh nhân.

Đây là một bước ngoặt đối với người bệnh tiểu đường, bác sĩ Paramesh Shamanna – Giám đốc Y khoa của Twin Health – chia sẻ với Freethink. Nó mang lại độ chính xác chưa từng có trong việc theo dõi, dự đoán và kiểm soát bệnh tiểu đường.

CEO Jahangir Mohammed lấy cảm hứng từ việc tham gia phát triển phần mềm bản sao kỹ thuật số của Tesla – công cụ được dùng để dự đoán lỗi trên ô tô. Ông muốn áp dụng ý tưởng tương tự vào lĩnh vực chăm sóc sức khỏe: cung cấp cho bệnh nhân những dự đoán cá nhân hóa về điều gì đang xảy ra trong cơ thể họ và cho phép họ tự giám sát sức khỏe liên tục.

Bản sao kỹ thuật số của Twin Health được xây dựng dựa trên nhiều nguồn dữ liệu thu thập hàng ngày từ các cảm biến khác nhau: thiết bị đo đường huyết liên tục; cân thông minh đo trọng lượng cơ thể và phần trăm mỡ cơ thể; cùng cảm biến đeo tay theo dõi nhịp tim, vận động, giấc ngủ và nhịp thở. Bệnh nhân cũng báo cáo lại những gì họ đã ăn và kết quả xét nghiệm máu hàng quý thông qua một ứng dụng trên điện thoại.

Sau đó, thông qua các thuật toán tiên tiến và học máy, Twin Health tạo ra một mô hình máy tính mô phỏng quá trình trao đổi chất của từng người – bản sao kỹ thuật số của họ. Mô hình này học hỏi liên tục từ dữ liệu thời gian thực, đưa ra các dự đoán cá nhân về đường huyết, xác định vấn đề và đề xuất các thay đổi mà bệnh nhân có thể thực hiện về chế độ ăn, tập luyện và hoạt động khác thông qua ứng dụng.

Công nghệ này mất nhiều thời gian để phát triển. Một trong những thách thức lớn nhất là mô hình hóa hàng loạt hoạt động khác nhau có thể ảnh hưởng đến từng cá nhân. Quá trình trao đổi chất là một hệ thống phức tạp diễn ra trong cơ thể. Không có gì xảy ra một cách biệt lập.

Nhóm phát triển đã thiết kế các thuật toán đặc biệt để xem xét tác động của từng yếu tố – ví dụ như một bữa ăn – trong bối cảnh toàn bộ chế độ ăn uống, vận động và các hoạt động khác theo thời gian. Vấn đề không chỉ là ăn một món gì đó sẽ có kết quả thế nào. Bản sao kỹ thuật số xét đến quá trình trao đổi chất và toàn bộ hoạt động của người bệnh, rồi dự đoán điều gì sẽ xảy ra nếu họ ăn món đó.

Một kiểu chăm sóc sức khỏe mới

Bản sao kỹ thuật số giúp bệnh nhân hiểu rõ hơn về bệnh của mình và hướng dẫn họ cải thiện. Nó rất chính xác trong việc đưa ra các hành động cụ thể mà người bệnh có thể thực hiện để cải thiện trao đổi chất. Ứng dụng cũng liên tục cập nhật, thể hiện những cải thiện dần dần mà bệnh nhân đạt được mỗi ngày nhờ làm theo các khuyến nghị chính xác và cá nhân hóa từ bản sao kỹ thuật số. Nhờ đó, người bệnh có thêm động lực thay đổi so với khi chỉ được đưa ra các lời khuyên chung chung về lối sống.

Một yếu tố then chốt trong công nghệ của chúng tôi là các khuyến nghị và nhắc nhở được cá nhân hóa, dựa trên dữ liệu và truyền đạt qua ứng dụng, Shamanna cho biết. Những cú hích kỹ thuật số đúng thời điểm được gửi trực tiếp đến bệnh nhân. Cách tiếp cận chủ động này khuyến khích sự gắn bó hàng ngày và tuân thủ kế hoạch điều trị, đồng thời tăng hiệu quả nền tảng của chúng tôi lên đáng kể.

Bệnh nhân không phải đưa ra quyết định một mình. Nhóm Twin Health còn cung cấp các bác sĩ có giấy phép hành nghề để tư vấn xem họ có thể giảm liều thuốc một cách an toàn hay không khi sức khỏe được cải thiện. Công nghệ này đã có sức hấp dẫn thực tế. Một số công ty bảo hiểm đang hợp tác với Twin Health để cung cấp bản sao kỹ thuật số cho người bệnh tiểu đường.

Thử nghiệm lâm sàng

Twin Health đã kiểm chứng công nghệ của mình trong một thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên được công bố vào tháng 12 năm ngoái, trong đó 232 người mắc tiểu đường được cấp một bản sao kỹ thuật số. Trung bình, mức đường huyết của bệnh nhân giảm từ 9% xuống còn 6%. Trong khi đó, những bệnh nhân được chăm sóc theo phương pháp tiêu chuẩn chỉ giảm được 0,3%, từ 8,5% xuống 8,2%. Mức dưới 5,7% được coi là bình thường, từ 5,7 đến 6,4% là tiền tiểu đường, còn trên 6,5% là tiểu đường.

Sau một năm điều trị, gần 73% bệnh nhân sử dụng công nghệ của Twin Health đã đạt được trạng thái thuyên giảm bệnh tiểu đường tuýp 2.

Giảm 3% đường huyết là một thành tích rất đáng chú ý.

Kaushik Venkatesh – nhà nghiên cứu tại Đại học Harvard và chuyên gia về công nghệ bản sao kỹ thuật số – nhấn mạnh rằng thử nghiệm chỉ kéo dài một năm nên chưa thể xác định công nghệ này có tạo ra ảnh hưởng lâu dài hay không. Đặc biệt, vì điều trị yêu cầu bệnh nhân thường xuyên tương tác với ứng dụng nên có thể một số người sẽ mất hứng sau một thời gian, trong khi những người khác lại gặp khó khăn khi bắt đầu làm quen.

Điều trị yêu cầu nhiều cảm biến, nhiều điểm kiểm tra và sự tương tác thường xuyên với ứng dụng, ông nói. Tuy nhiên, đây vẫn là một bước tiến đầy hứa hẹn: việc giảm 3% đường huyết là một thành tích rất đáng chú ý.

Tương lai

Nhóm nghiên cứu dự định sẽ mang công nghệ bản sao kỹ thuật số của họ đến nhiều quốc gia hơn để nhiều người có thể tiếp cận hình đại diện kỹ thuật số cá nhân của mình.

Chúng tôi muốn đẩy giới hạn của công nghệ y tế, hướng tới một tương lai nơi các bệnh mãn tính như tiểu đường không còn là bản án chung thân mà trở thành tình trạng có thể kiểm soát được, Shamanna nói. Nếu chúng tôi có thể thiết lập phương pháp này thành tiêu chuẩn chăm sóc, chúng tôi sẽ cách mạng hóa cách thế giới kiểm soát các bệnh như tiểu đường.