Van tevoren weten of een behandeling effectief zal zijn, of zelfs van tevoren voorspellen of je ziek gaat worden en welke behandeling nodig is om dit te voorkomen? De ontwikkeling van de Human Digital Twin moet dit mogelijk maken.

Het percentage patiënten voor wie medicatie niet effectief is ligt tussen 20% en 75%. Daarnaast worden er in de VS jaarlijks 2,2 miljoen schadelijke reacties na gebruik van medicatie gerapporteerd, waaronder meer dan 100.000 doden[1]. Onderliggend hieraan is het feit dat ieder mens genetisch uniek is, waardoor geneesmiddelen bij iedereen een ander effect hebben. Dit kan betekenen dat geneesmiddelen of behandelingen, die voor een gemiddelde populatie effectief zijn, voor een individu niet het benodigde effect hebben of zelfs schadelijk kunnen zijn. Het probleem is dat van tevoren niet bekend is wat het effect van de medicatie of behandeling zal zijn. De Human Digital Twin kan hier een oplossing voor bieden[2].

Een Human Digital Twin is een digitale kopie van een individu, een zogenoemde digitale tweeling. Een computer-gebaseerd model van een individu, waar je elk geneesmiddel of behandeling op kan testen en van tevoren kan bepalen welke behandeling effectief voor de patiënt zal zijn. Medicatie kan, versneld in de tijd, in het model getoetst worden om de effectiviteit en de optimale dosis te bepalen. Onnodige kosten en complicaties worden daarmee voorkomen. Ook kan de digitale kopie gebruikt worden voor preventieve diagnostiek. Enerzijds door iemands lichaam digitaal grondig te analyseren en aandoeningen in een eerder stadium te herkennen. En anderzijds door het ‘monitoren’ van een Human Digital Twin om van tevoren in te schatten welk risico op aandoeningen de patiënt heeft. De Digital Twin functioneert hierdoor als een soort van avatar die zeer persoonlijk advies geeft om een optimale gezondheid te behouden. De Human Digital Twin is onderdeel van de beweging naar personalised medicine[3].

Het idee van zo’n ‘twin’ is niet nieuw. In 1970 ontplofte er op de Apollo-13-spaceshuttle een zuurstoftank: “Houston, we’ve had a problem”. Met behulp van een replica in Houston konden medewerkers van NASA op de grond de situatie nabootsen en een oplossing vinden[4, 5]. Inmiddels is de Digital Twin gemeengoed in meerdere sectoren, waaronder de luchtvaart. Vrijwel elke straalmotor van een modern vliegtuig beschikt over een digitale kopie op de grond. En deze kopie wordt constant geüpdatet met real-time informatie van sensors aanwezig op de straalmotor die informatie over prestatie en slijtage doorgeven. Hierdoor vindt onderhoud preventiever, nauwkeuriger en effectiever plaats.

Een volledige Human Digital Twin is nu nog toekomstmuziek, maar digitale kopieën van individuele organen zijn nu in ontwikkeling door bedrijven zoals Philips en Siemens[5,6]. Een voorbeeld hiervan is een kopie van het hart, ontwikkeld door Siemens Healthineers. Dit digitale hart bootst de elektrische en fysieke bewegingen van het hart na. Hiermee kan een pacemaker eerst ‘digitaal’ geplaatst worden, waarna er door middel van simulaties getest kan worden wat de beste locatie is om de pacemaker te plaatsen, nog voordat de eerste incisie gemaakt is[7].

Een ander voorbeeld is een model ontwikkeld om prestaties te verbeteren bij topsporters. Met behulp van wearables en dagelijkse input van de sporter krijgt deze Digital Twin informatie over slaap, ingenomen voedingsstoffen en lichaamsbeweging. Met deze informatie is het model in staat om sportprestaties te voorspellen en, in het geval van suboptimale prestatie, suggesties te doen op het gebied van slaap, voeding, en lichaamsactiviteit om de prestatie te verbeteren[8].

Essentieel voor het creëren van een Human Digital Twin is de beschikbaarheid van data. Immers, hoe meer individuele en gedetailleerdere data beschikbaar is, hoe nauwkeuriger het model en des te gerichter het model kan worden ingezet. De verdere ontwikkeling van het Internet of Things en apparaten zoals wearables, smart textiles, en implantables die continu informatie over de gezondheid verzamelen is dan ook essentieel[2]. Een andere uitdaging is de enorme rekenkracht die nodig is om de complexiteit van het menselijk lichaam te modelleren. Dit wordt geïllustreerd door het Blue Brain project. Het Blue Brain project heeft als doel het digitaal nabootsen van het menselijk brein. Voor het modelleren van één neuron is het nodig om 20.000 berekeningen tegelijk uit te voeren. En voor het modeleren van één hersenregio zijn al 100 miljard berekeningen nodig. Het Blue Brain project maakt hierom dan ook gebruik van speciaal gebouwde supercomputers[9].

Een digitale kopie van iedere patiënt is voorlopig nog toekomstmuziek. Hier zijn nog enorme technologische ontwikkelingen voor nodig. Echter, digitale modellen van individuele organen bestaan al. Wanneer deze digitale modellen zich verder ontwikkelen en aan elkaar gekoppeld gaan worden, zullen ze steeds nauwkeuriger de enorme complexiteit van het menselijk lichaam kunnen nabootsen. Een Human Digital Twin zou zo weken of maanden van tevoren kunnen voorspellen of een patiënt ziek gaat worden en welke behandeling nodig is om dit te voorkomen. Dit kan een ware revolutie in de moderne geneeskunde betekenen[5].