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Tecnologie per la vita

Il Digitale per la Salute

Tecnologie per la vita

Il Digitale per la Salute

L’evoluzione è l’idea fondamentale di tutte le scienze della vita, di tutta la biologia

Bill Nye

Le scienze della vita comprendono una serie di conoscenze che toccano aspetti molto diversi. La base è la biologia, che studia i processi fisici e chimici dei fenomeni che caratterizzano i sistemi viventi. Da questa derivano campi di applicazione come la biochimica, l’analisi molecolare, la genetica, la fisiologia, fino ai processi emergenti che regolano lo sviluppo e l’adattamento, l’evoluzione del comportamento e l’interazione tra organismi. 

In Italia, l’ingegneria biomedica rappresenta una vera e propria eccellenza del mondo sanitario. Questo delicato settore include materie come la matematica, la chimica, la fisica, la biomeccanica, la scienza dei materiali, l’elettrofisiologia, la neurofisiologia, le scienze cognitive fino al campo cibernetico come nel caso delle bio e nanotecnologie. Grazie all’approccio tecnico e progettuale proprio dell’ingegneria si possono studiare soluzioni e sistemi efficaci per le scienze biomediche. A partire dalla definizione di un problema sotto un profilo medico-biologico l’ingegnere crea organi artificiali e protesi, e mette a punto apparecchiature elettromedicali per la diagnosi, la terapia, la riabilitazione.
Fanno parte dell’ingegneria biomedica anche l’organizzazione dei reparti ospedalieri, il rispetto delle normative di sicurezza relativo ai dispositivi medici, l’acquisizione e il trattamento dei dati in ambito diagnostico e di monitoraggio.

Complementare all’ingegneria biomedica è il campo delle biotecnologie. In questo caso, che si lega in modo più diretto ad attività di ricerca e sviluppo, la competenza rispetto ai metodi di indagine biotecnologica e all’uso della strumentazione da laboratorio sono orientati al design di prodotti per l’industria chimico-farmaceutica. Le analisi microbiologiche, biochimiche e genetiche, i controlli tossicologici permettono la sperimentazione e la messa a punto di farmaci. La capacità di utilizzo e gestione di software innovativi per la raccolta, la documentazione e la redazione di report complessi, è una delle attività di research management della biotecnologia.

 
Summary
 
Gli scenari di innovazione del settore healthcare

Il settore healthcare, suddiviso in mondo Medical Devices e mondo Pharma, ha fondamentalmente due anime: il settore informazione e il settore industriale, i quali possono, in relazione alle applicazioni specifiche, andare avanti in maniera autonoma e/o intrecciarsi per dar vita a differenti prodotti nei due settori.

L’assistenza sanitaria (Healthcare) è uno dei settori industriali più dinamici, soggetto in questi ultimi anni ad una vera e propria rivoluzione, grazie a una serie di evoluzioni ed innovazioni tecnologiche che stanno ridisegnando gli scenari futuri. La profonda trasformazione tocca in particolare i prodotti realizzati per la cura dei pazienti e allo stesso tempo le stesse dinamiche e regole di lavoro dei medici: la somma di questi due input genera nuovi modelli di business per l’intero settore.
 
Ad esempio, la medicina personalizzata (che approfondiremo più avanti) nasce dal ramo industriale ed è un qualcosa che si è poi sviluppata andando ad incontrare solo per alcune applicazioni il settore digital ma di base nasce dall’esigenza di poter sfruttare conoscenze genetiche e/o specifiche della patologia di interesse. Per alcune applicazioni la medicina personalizzata si incontra con la Digital Healthcare andando a creare ad esempio dispositivi medici intelligenti per il rilascio controllato di farmaci.

Ma quali sono questi strumenti che stanno rivoluzionando lo scenario dell’Healthcare? Abbiamo a disposizione telemedicina e intelligenza artificiale, digital-health per il sistema di supporto alle decisioni cliniche (CDSS Clinical Decisional Support System), ambienti virtuali e approcci computazionali, blockchain per tracciare lo stato di salute dei pazienti, la medicina personalizzata e di precisione. La catena virtuosa che si è creata nel contesto è quella di una domanda di innovazione continua, a cui fanno seguito ingenti investimenti nel settore Research&Development, per giungere infine alle soluzioni applicate al campo medico.

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L’attenzione attorno a questo tema non si limita alle aziende del settore di competenza, sanitario e biopharma, ma si è inevitabilmente allargato ai Big Player del panorama tecnologico, Google, Microsoft ed Apple su tutti. Il dato che certifica il vertiginoso interesse al riguardo, è il risultato di alcuni recenti report che prevedono da qui al 2025 gli investimenti cresceranno fino a un valore di oltre 500 miliardi di dollari.

 
L’industria dei dispositivi medici in Italia

La spesa media sanitaria pro capite in dispositivi medici in Europa è di circa 212 euro, mentre quella in Italia di 189 euro.

Nel nostro Paese sono quasi 4000 le aziende sul mercato, tra mercato interno ed export, con 76400 lavoratori impegnati. Il rapporto tra big player del mercato e piccole realtà, come start up o spin off, imprese di R&D è sempre più intenso: sono spesso le seconde a fungere da riferimento per quanto riguarda i possibili scenari futuri del settore. Nel grafico sottostante, il panorama italiano secondo i dati raccolti da Confindustria.

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Telemedicina

Nelle linee di indirizzo nazionali il Ministero della Salute del Governo Italiano fornisce la definizione di Telemedicina: “Si intende una modalità di erogazione di servizi di assistenza sanitaria, tramite il ricorso a tecnologie innovative, in particolare alle Information and Communication Technologies (ICT), in situazioni in cui il professionista della salute e il paziente (o due professionisti) non si trovano nella stessa località. La Telemedicina comporta la trasmissione sicura di informazioni e dati di carattere medico nella forma di testi, suoni, immagini o altre forme necessarie per la prevenzione, la diagnosi, il trattamento e il successivo controllo dei pazienti. I servizi di Telemedicina vanno assimilati a qualunque servizio sanitario diagnostico/ terapeutico”. La definizione prosegue specificando che la telemedicina non sostituisce in alcun modo la prestazione sanitaria tradizionale, e il relativo rapporto personale medico-paziente, “ma la integra per potenzialmente migliorare efficacia, efficienza e appropriatezza.
La Telemedicina deve altresì ottemperare a tutti i diritti e obblighi propri di qualsiasi atto sanitario”.

Woman talking with a doctor online using digital tablet, feeling bad at home. Concept of telemedicine and patient counseling online
 

Già nel 1997 l’OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità) ne definiva i contorni: “La telemedicina è l’erogazione di servizi sanitari quando la distanza è un fattore critico, per cui è necessario usare, da parte degli operatori, le tecnologie dell’informazione e delle telecomunicazioni al fine di scambiare informazioni utili alla diagnosi, al trattamento ed alla prevenzione delle malattie e per garantire un’informazione continua agli erogatori di prestazioni sanitarie e supportare la ricerca e la valutazione della cura”.

La situazione mondiale a partire dalla fine del 2019 con la pandemia legata al COVID-19 (vedi FOCUS) ha reso ancora più attuale la necessità di un cambio radicale nell’assistenza medica.

 
La Telemedicina ha diverse finalità sanitarie:
Migliorare la qualità dell’assistenza sanitaria
Consentire la fruibilità di cure, servizi di diagnosi
Consentire consulenza medica a distanza
Permettere il costante monitoraggio di parametri vitali e quindi dello stato di salute dei pazienti
Ridurre il rischio d’insorgenza di complicazioni in persone a rischio o affette da patologie croniche
Fonte: Ministero della Salute
 
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Per quanto riguarda il tessuto sociale, la telemedicina, fornisce alle realtà amministrative la possibilità di accrescere l’equità d’accesso ai servizi socio-sanitari, soprattutto per chi è geograficamente isolato, grazie alla flessibilità di erogazione e fruizione del servizio. In questo modo viene garantita la continuità di assistenza sul territorio, potendo contemporaneamente allocare le risorse laddove sono più necessarie, senza disperdere professionalità importanti per semplici compiti di presidio fisico. Il teleconsulto, infine, può offrire un supporto importante ai servizi mobili di urgenza, grazie all’utilizzo di risorse cliniche a distanza, anche direttamente a bordo delle ambulanze.

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Telemedicina, COVID-19 e post pandemia

Termini come “monitoraggio” e “distanziamento” sono diventati familiari nel momento in cui il tema è quello della tutela della salute, con particolare riferimento alla diffusione del virus COVID-19 dalla fine del 2019. Le app per tracciare gli spostamenti dei cittadini, la necessità di gestire con metodologie teledomiciliari pazienti guariti o asintomatici, hanno accelerato se non la risoluzione di alcune questioni, il loro essere messe al centro del dibattito.

La telemedicina può fare molto, anche per evitare collassi nella gestione in struttura delle emergenze, come è accaduto soprattutto nei primi mesi di diffusione della pandemia. Ad esempio, nel caso dei positivi asintomatici, potrebbe permettere di misurare i parametri che abbiamo imparato a conoscere come le manifestazioni più evidenti della contrazione del virus e della sua forma più aggressiva: temperatura corporea sopra la media, frequenza respiratoria e saturazione di ossigeno, frequenza cardiaca collegata alla frequenza respiratoria. Il monitoraggio a domicilio intercetta tempestivamente una progressione della gravità. Allo stesso modo sarebbe opportuno continuare a monitorare il paziente che è stato dimesso, in quanto considerato guarito, per valutarne i suddetti parametri nella fase di pieno recupero.

Un altro tema drammaticamente attuale durante tutto il 2020, è stato quello dell’attenzione data ai pazienti con urgenze non legate al COVID-19, come i casi di infarto che con le unità intensive al collasso non è stato possibile trattare nel modo più appropriato e tempestivo. Il monitoraggio anche di questa categoria di pazienti è fondamentale quando viene per cause diverse a mancare il rapporto tra struttura ospedaliera e paziente. In generale l’emergenza ha accelerato la trasformazione della telemedicina da strumento dell’emergenza a quotidiano.

 
La farmacologia computazionale

Come trasformare l’enorme quantità di dati che provengono dal settore biologico, chimico e clinico in valore, per lo sviluppo di farmaci più efficaci? Si stanno accumulando a tassi sempre crescenti e hanno il potenziale per accelerare e fornire informazioni in merito allo sviluppo di farmaci. Le sfide e le opportunità si trovano ora nello sviluppo di strumenti analitici per trasformare questi dati, spesso complessi ed eterogenei, in ipotesi verificabili ed approfondimenti attuabili.

Questo è l’obiettivo della farmacologia computazionale, che utilizza le tecniche in silico, mediante cioè la simulazione tramite computer, per comprendere e meglio prevedere in che modo i farmaci influenzano i sistemi biologici, che possono a loro volta migliorare l’uso clinico, evitare effetti collaterali indesiderati e guidare la selezione e lo sviluppo di trattamenti migliori. Un entusiasmante applicazione della farmacologia computazionale è il riutilizzo dei farmaci, alla ricerca di nuovi usi per i farmaci esistenti. Con già molti candidati promettenti, questa strategia ha il potenziale per migliorare l’efficienza del processo di sviluppo del farmaco e raggiungere popolazioni di pazienti con bisogni precedentemente insoddisfatti come quelli con malattie rare. Le attuali tecniche di farmacologia computazionale e di riproposizione dei farmaci si concentrano sulla singola modalità di dati come l’espressione genica o le interazioni farmaco-bersaglio, o metodi come la fattorizzazione a matrice in grado di integrare diversi tipi di dati per migliorare prestazioni predittive e fornire un quadro più completo dell’azione farmacologica di un farmaco.

Simulare attraverso un pc quelle che sono le dinamiche di una malattia, presuppone diversi vantaggi: in primis la possibilità di valutare l’efficacia di nuovi farmaci o vaccini, ma non ultimo anche evitare la sperimentazione sull’uomo o sugli animali. In questo ultimo caso, oltre a evitare questioni etiche legate al tema, si eliminerebbe quella zona d’ombra dovuta al margine di incertezza sulla pari efficacia per l’uomo di una cura testata su un animale.

 
Diagnostica Predittiva, uno sviluppo culturale

L’Health Technology Assessment – HTA (La valutazione delle tecnologie sanitarie) è il processo multidisciplinare che sintetizza le informazioni sugli aspetti clinici, ma anche sugli impegni economici, l’impatto a livello sociale e le valutazioni dal punto di vista etico connessi all’utilizzo di una tecnologia sanitaria. Il suo obiettivo è sviluppare politiche sanitarie focalizzate a creare il miglior valore possibile per i cittadini.

In questa prospettiva, è evidente che lo sviluppo culturale deve andare di pari passo. Le scelte cliniche viaggiano in parallelo con quelle tecnologiche e devono essere misurate sulle prove di efficacia e per il valore in termini di salute prodotto per i pazienti che, così come i professionisti del settore, devono essere coinvolti e aggiornati sullo sviluppo del processo. Ad esempio, per comprendere bene il ruolo che in questi anni ha già e potrà giocare in prospettiva l’intelligenza artificiale: in ambito medico la prossima “rivoluzione” potrebbe essere collegata proprio all’introduzione di applicazioni derivate dall’AI nella pratica clinica, ad esempio per la diagnostica predittiva. Come reagirà il paziente che si vedrà seguito da un robot su un tema dalle profonde implicazioni “umane” come la propria salute?

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Medicina Personalizzata e di precisione

Con “Medicina personalizzata”, o “Medicina di precisione” si indica una forma di medicina che utilizza informazioni genetiche specifiche della patologia di cui il paziente è affetto per prevenire, diagnosticare o curare le malattie. La medicina personalizzata è relativa prevalentemente alla parte di trattamento (quindi di cura) mentre la medicina di precisione si applica ad entrambi i casi, quindi sia quello di diagnosi che di trattamento mirato. Nelle patologie oncologiche, la medicina personalizzata utilizza informazioni specifiche sul tumore di una persona per aiutare la diagnosi, pianificare un trattamento o fare una prognosi. Esempi di medicina personalizzata includono l’uso di terapie mirate per il trattamento di tipi specifici di cellule tumorali, come le cellule del carcinoma mammario HER2-positive o l’uso di test sui marker tumorali per diagnosticare il cancro.

La nostra salute è determinata dalle nostre differenze genetiche ereditarie insieme ai nostri stili di vita e altri fattori ambientali. Combinando e analizzando le informazioni sul nostro genoma, con informazioni cliniche e diagnostiche e confrontandole poi con i dati di altri soggetti, è possibile aiutare a determinare il nostro rischio individuale di sviluppare malattie, rilevare quelle pregresse, fornire una diagnosi accurata e determinare gli interventi più efficaci per aiutare la nostra salute. La risposta può avere la forma di medicinali, ma anche di scelte di vita o semplici cambiamenti nella dieta.

Il vero valore della Medicina personalizzata per la cura della nostra salute risiede nell’integrazione e nell’analisi delle informazioni provenienti dalla genomica, dall’analisi clinica, dai dati diagnostici e dallo stile di vita.

Un passo importante è stato compiuto oltre 20 anni fa, nel 2000 quando è stata annunciata la prima bozza della sequenza del genoma umano, che ha dato indizi sul peso che potrebbero avere le differenze individuali per la nostra salute. Oggi la nuova tecnologia di sequenziamento ha permesso di far crollare l’esorbitante costo iniziale di 2 miliardi di sterline per una singola sequenza ed è ora possibile considerare questa tecnologia parte integrante dell’assistenza sanitaria.

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Il vero valore della Medicina personalizzata per la cura della nostra salute risiede nell’integrazione e nell’analisi delle informazioni provenienti dalla genomica, dall’analisi clinica, dai dati diagnostici e dallo stile di vita.
Un passo importante è stato compiuto oltre 20 anni fa, nel 2000 quando è stata annunciata la prima bozza della sequenza del genoma umano, che ha dato indizi sul peso che potrebbero avere le differenze individuali per la nostra salute. Oggi la nuova tecnologia di sequenziamento ha permesso di far crollare l’esorbitante costo iniziale di 2 miliardi di sterline per una singola sequenza ed è ora possibile considerare questa tecnologia parte integrante dell’assistenza sanitaria.

 
Biomedicina e Bigdata Le 4 P della medicina Personalizzata

Il settore delle Life Sciences sta crescendo rapidamente. Il rapporto tra terapia e malattia, tra medico e paziente si avvia verso un radicale cambiamento. La prossima sfida è il passaggio dall’approccio medico tradizionale alla medicina delle 4P.

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Predittiva: per mezzo di processi diagnostici e strumentazioni tecnologiche all’avanguardia è possibile prevenire le malattie e contenerne gli effetti.

Preventiva: per sostenere e favorire processi adeguati di prevenzione con un focus specifico sul benessere della persona.

Partecipativa: in cui il paziente può interagire, dialogare e scegliere le azioni da intraprendere seguendo una logica di previsione e prevenzione.

Personalizzata: per rispondere nel modo più dettagliato ed efficace possibile alle caratteristiche fisiche, fisiologiche e cliniche del paziente.

Già dal 2013 il mondo dell’informazione digitale si era attestato attorno al 98% di tutta l’informazione prodotta al mondo. Nell’healthcare, il tasso di crescita dei dati generati raggiunge il 48% di incremento annuo. Nelle cartelle cliniche spesso si trovano video, immagini, testi, file audio che diventano un supporto per lo studio del profilo clinico di un paziente. Allo stesso modo i programmi di diagnostica sempre più all’avanguardia vanno di pari passo all’affermarsi dei BigData e dell’IoT, con la possibilità che oggetti d’uso comune come capi d’abbigliamento, componenti di domotica, tecnologie automotive, gli stessi smartphone siano in grado di raccogliere dati sullo stato di salute dell’organismo come battito cardiaco, livelli di glucosio, pressione sanguigna, temperatura corporea e trasmettere queste preziose informazioni via web.

I BigData pongono al centro dell’attenzione la questione delicata dell’elaborazione e dell’analisi dei dati. Grazie a un nuovo approccio di studio, con i sistemi di cognitive analytics e di machine learning, gli algoritmi possono elaborare una mole impressionante di dati, ma perché questi abbiano un valore e sia possibile leggerli in modo da estrarne informazioni preziose è necessario riferirsi a competenze specialistiche di data science. La medicina di precisione, nelle sue diagnosi, si avvarrà sempre di più di conoscenze settoriali approfondite per curare malattie, prevenire epidemie, migliorare la qualità e l’aspettativa di vita delle persone. Le 4 P rappresentano, di fatto, gli obiettivi a cui tendere.

La medicina sta cambiando rapidamente. Da un sistema orientato alla gestione della malattia a un approccio molecolare e sistemico proprio della biologia dei sistemi, che studia gli esseri viventi come strutture in evoluzione. In particolare, si cerca di conoscere più da vicino la genomica per valutare i cambiamenti dinamici di un sistema. Dalla matematica-statistica alla bioinformatica, fino alle discipline biomolecolari, l’idea è raccogliere i comportamenti digitali dei pazienti e utenti per lavorare i dati con una finalità preventiva. La continua crescita delle tecnologie è lo strumento in più su cui puntare.

 
Progetto Artificial Intelligence AI

Un intervento tempestivo in una situazione di emergenza può svolgere un ruolo cruciale per la salute del paziente. Un’idea progettuale interna Teoresi si basa sulla combinazione di sistemi AI con sistemi diagnostici sanitari basati su imaging e analisi di previsione e AI che possono supportare la valutazione della salute, seguendo le condizioni vitali dei pazienti. L’applicazione di tale tecnologia come sistema di assistenza mobile continua durante eventi sportivi o situazioni di emergenza garantisce un monitoraggio più efficiente e un supporto rapido.

Progetto Approcci Computazionali e Virtual Environment

Piattaforma software per riprodurre le funzionalità di almeno 2 organi primari connessi tra loro, per testare farmaci già attualmente in uso clinico per applicazioni differenti da quelle per cui sono attualmente in commercio. L’idea prevede la realizzazione di una piattaforma Software accessibile in remoto che possa essere User friendly – end to end, realizzata attraverso dei tool approvati dagli enti governativi che rappresenti un modello computazionale espandibile in relazione al numero di funzionalità e agli organi che si decide di implementare.

Progetto Medicina Personalizzata e di Precisione

Il progetto si basa sullo sviluppo di un prototipo di dispositivo medico attraverso lo studio, la progettazione e l’integrazione di piattaforme HW e SW per applicazioni teranostiche (combinazione di funzionalità diagnostiche e terapeutiche), al fine di effettuare trattamenti diagnostici e terapeutici congiunti e sequenziali in tempo reale per tumore al seno e tumore al fegato. Il progetto mira alle seguenti funzionalità: biopsia liquida, imaging spettroscopico per lo sviluppo di una funzionalità di biopsia tissutale senza prelievo del campione biologico e rilascio controllato di farmaci in loco.

Progetto Digital-health per i clinical decisional support system

È in fase di sviluppo una piattaforma di elaborazione dati biomedici per la creazione di una piattaforma per applicazioni di Health Technology Assessment (HTA) attraverso l’utilizzo di differenti metodologie statistiche per la valutazione di differenti tecniche chirurgiche per il trattamento patologico.

 
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