“数字双胞胎”的病人的心脏利用个人遗传学告知疾病管理

科学家开发出了一种“genotype-specific digital-twin”策略,Geno-DT,创建一个虚拟的复制品病人的心脏,心脏健康提供重要的见解arrhythmogenic右心室心肌病的诊断和治疗(ARVC)。

今天公布的研究,作为一个eLife回顾了预印本,被编辑描述为一个重要的研究领域的个性化医疗。它描述了作者如何使用最先进的方法来创建一个数字的复制品病人的心脏对ARVC通知量身定制的治疗。

新方法可以用来更精确地调整对ARVC疗法,根据病人个体的基因。它也可以作为一个广义框架提高精密医疗保健在其他疾病。

ARVC的心脏是一种遗传疾病影响大约一千分之一的人,大部分是年轻人。ARVC会导致室性心动过速(VT)、心律紊乱,可威胁生命和疾病相关的突然死亡病例的10%在65岁以下的人。

多数ARVC患者与desmosomal突变基因群基因编码的蛋白质形成和维护专业细胞在心脏和其他组织之间的连接。突变基因PKP2导致心脏和扭曲的电气条件是最常见的ARVC的来源,占60 - 78%的病人与已知的遗传变异。大约三分之一的ARVC患者没有一个已知的因果基因突变;这被称为gene-elusive ARVC,通常伴随着频繁的高强度运动。

“标准治疗对VTs ARVC所致导管消融提供能源来扰乱心律不正常。然而,困难在决定VTs在心脏的位置意味着消融ARVC并不总是有效的,和他们经常复发,”第一作者Yingnan Zhang说,生物医学工程学系的博士生和心血管疾病的诊断和治疗的创新联盟,约翰霍普金斯大学,马里兰。“如果所有VT电路可能位于导管消融治疗前和定义,过程的有效性可能会显著增加。”

为了解决ARVC患者定位系统的挑战,张先生和他的同事们开发了一种方法来创建一个genotype-specific数字双胞胎的一个人的心,称为Geno-DT。这个虚拟病人的心脏模型可以用来通知诊断、治疗ARVC的规划和预测分析临床。

digital-twin计算模型是根据个体病人通过整合两种类型的临床资料。首先,患者的心脏结构的信息可能被重新塑造的疾病可以看出使用后期Gadolinium-Enhanced磁共振图像扫描。其次,细胞电生理模型用于计算可以确定基于病人的ARVC的遗传原因。

验证Geno-DT的有效性,研究小组进行了一项回顾性研究16 ARVC患者。一半的患者PKP2基因的突变,有半gene-elusive ARVC。作者创建数字双胞胎的16个病人分析管理系统的启动和更好地理解背后机制不当心律ARVC的观察。特别是,他们试图确定个体的心脏结构或电活动的差异可能导致并维持系统。

研究人员使用Geno-DT预测变形的可能位置在病人的心里双胞胎。然后验证这些预测的准确性通过比较他们的位置变形,临床中观察到病人的心。

重叠的位置确认Geno-DT可以预测PKP2 VT的位置gene-elusive ARVC与高灵敏度、特异性和准确性,以非侵入性的方式。Geno-DT可能因此被用于临床确定导管消融的理想地点,在手术过程中节省时间和减少复发的可能性。

此外,结果显示,背后的潜在机制VTs ARVC患者根据不同的遗传原因。在gene-elusive ARVC患者,变形主要是由心脏纤维化remodeling-thickening或瘢痕组织引起的疾病。

另一方面,在PKP2 ARVC,变形主要是由电信号传导放缓,心脏组织的性质和变化。这个发现强调调整治疗的重要性对ARVC每个病人的需要,基于他们的遗传和物理特性。

作者和编辑们警告说,这些发现的小样本量的限制ARVC患者研究中使用。分析其他病人是必要的来验证结果的统计学意义。进一步的研究在这一领域还应该考虑其他ARVC的基因来源,如额外desmosomal基因包括DSG2 DSC2或JUP,验证的有效性Geno-DT治疗所有ARVC的起源。

“我们的小说Geno-DT方法有潜力增加临床治疗精度,导致更多的个性化治疗策略对ARVC”总结资深作者纳塔莉亚Trayanova,生物医学工程系教授,和联盟主任心血管诊断和治疗的创新,约翰霍普金斯大学。

”为我们理解人类遗传变异的潜在心血管疾病继续发展,Geno-DT可以提供一个通用的框架,整合临床数据和提高精密健康照顾每一个病人。”