Intelligenza artificiale, wearable, realtà estesa, e poi digital twin, robotica assistiva e metaverso sono le innovazioni tecnologiche che caratterizzeranno il futuro delle life science.

Il settore delle life science è caratterizzato da una profonda trasformazione. Dalle biotecnologie alla chirurgia, non c’è campo legato alle scienze della vita in cui non si stia assistendo a un’evoluzione tecnologica sensibile. È il tratto caratteristico di un settore dinamico e in crescita continua, che già oggi vale più di 2800 miliardi di dollari, stima Deloitte nel suo Global Life Sciences Outlook 2023. Le life sciences stanno vivendo una progressiva digitalizzazione: basti pensare all’impiego sempre più diffuso di tecniche di intelligenza artificiale, della robotica, di medicina in silico, delle terapie digitali e del metaverso.

Molti di questi aspetti sono già realtà, ha messo in luce la ricerca condotta dall’Osservatorio Life Sciences del Politecnico di Milano. Per altri si stanno già portando avanti sperimentazioni e progetti di ricerca. In ogni caso tutto fa pensare che soluzioni, tecniche e tecnologie sono attese a una diffusione pervasiva con vantaggi prospettati per tutti, medici e pazienti.

Al presente, però ci sono da affrontare e risolvere diverse questioni che ostacolano i progressi. Come segnalano gli stessi analisti del think tank milanese, sebbene il settore stia affrontando una profonda trasformazione grazie alle opportunità offerte dall’innovazione tecnologica e digitale, le aziende dell’offerta operanti in Italia sentono il bisogno di migliorare i processi sottostanti l’attività strategica di medio-lungo termine. Tra le principali barriere viene segnalata la mancanza di dati e di competenze per condurli internamente, e quindi emerge il bisogno di esternalizzare buona parte del processo.

Se i dati sono “il nuovo petrolio”, serve alimentare e di molto i processi, i sistemi e le tecnologie utili a trasformarli in informazioni, servizi e termini utili per decisioni ponderate.

Takeaway

Life science e l’importanza dell’AI

Life science è un’area fondamentale della scienza, che si occupa di ricerca, sviluppo e produzione di beni legati alla salute. Di essa fanno parte le biotecnologie e tecnologia biomedica, medtech, farmaceutica, neuroscienze. In Italia, il settore ha generato nel 2020 più di 166 miliardi di euro di valore aggiunto lordo, rappresentando quasi l’1% dell’intera attività economica nazionale, rivela una recente ricerca di QBE Insurance. Conta 21.700 imprese che impiegano 150mila persone.

È un ambito ad alto tasso di innovazione digitale. Le principali tendenze innovative, su cui si è focalizzata l’indagine dell’Osservatorio Life Sciences, riguardano le soluzioni per il monitoraggio e cura del paziente (telemedicina, wearable device, terapie digitali) l’impiego di tecniche di intelligenza artificiale (AI per data analytics, imaging, AI per lo sviluppo di nuovi farmaci, chatbot basati su AI generativa), robotica (robotica chirurgica, robotica assistiva), tecnologia immersiva (realtà estesa per la formazione, extended reality in chirurgia e per la terapia riabilitativa, metaverso) medicina in silico (in silico trial, digital twin).

Particolare enfasi nel rapporto è stata posta sul ruolo dell’intelligenza artificiale, contando su un suo ruolo al presente e nel prossimo futuro. L’AI per l’analisi dei dati e per le immagini si concretizza sotto forma di sistemi di supporto alle decisioni cliniche e assistenziali grazie all’identificazione di pattern clinici rilevanti. Inoltre è di aiuto nella personalizzazione della prevenzione e cura al paziente sulla base di dati clinici e genetici.

Ci sono poi i chatbot basati su generative AI, utili: nella ricerca di informazioni su riferimenti ed evidenze scientifiche su una patologia; nel supporto su scelte cliniche e assistenziali; nella ricerca di informazioni su salute, farmaci e terapie da parte del paziente.

L’artificial intelligence è e sarà di aiuto anche per lo sviluppo di nuovi prodotti, farmaci innanzitutto, contribuendo nella accelerazione del processo di drug discovery e nell’aumento dell’efficienza ed efficacia dei trial clinici.

Spazio alle terapie digitali

Tra i trend innovativi di medio periodo (3-5 anni) si candidano le terapie digitali che di recente sono stati oggetto anche di definizione e normazione da parte dell’ISO.

Si tratta di un comparto della sanità digitale che si avvale di dispositivi e app per fornire ai pazienti interventi terapeutici utili a prevenire, gestire o curare un disturbo medico o una malattia. Sono utilizzati in maniera indipendente (nella maggioranza dei casi) o in combinazione con farmaci, dispositivi o altre terapie per ottimizzare la cura del paziente. I benefici che possono offrire ne fanno uno dei campi di ricerca e sviluppo più dinamici. Essi migliorano la cura del paziente e rendono più efficaci i trattamenti. Dall’indagine condotta dall’Osservatorio Life Sciences, la maggior parte delle DTx offre soluzioni in area psichiatrica (nel 47% dei casi), principalmente per la gestione di ansia e dipendenze, ma è utile anche in endocrinologia, specie per il trattamento di pazienti affetti da diabete e obesità, come in reumatologia per il trattamento del dolore cronico.

Come emerge dall’indagine dell’osservatorio milanese, sia medici che pazienti sono molto favorevoli all’impiego di digital therapeutics:

“il 58% dei medici specialisti ritiene che le terapie digitali avranno un impatto elevato sulla pratica clinica; il 70% circa dei pazienti è disposto a usare una terapia digitale, qualora proposta dal medico curante per il trattamento della patologia da cui è affetto.”

Più di un’azienda su tre del settore afferma che sta investendo nell’ambito delle terapie digitali, a livello internazionale attualmente validate e disponibili sono 62, ma gli ostacoli allo sviluppo di queste soluzioni sono numerosi. Innanzitutto, in Italia esse non sono rimborsabili dal Servizio Sanitario Nazionale; inoltre il contesto regolatorio italiano è caratterizzato da poca chiarezza come pure il percorso di validazione clinica necessario. A tutto questo quadro si aggiunge l’eccessiva complessità di utilizzo dei dati raccolti per motivazioni legate alla privacy.

Da robotica e metaverso…

Realtà virtuale, aumentata, mista fanno parte delle tecnologie che compongono l’universo delle soluzioni nelle life science. Come ha messo in evidenza Emiliano Vota, responsabile del laboratorio di biomeccanica computazionale al Politecnico di Milano, le applicazioni e le opportunità aperte dall’impiego di VR, AR, MR sono svariate, come anche i benefici sottesi. Nel caso della realtà virtuale, le applicazioni in diagnostica contribuiscono a una diagnosi precoce e offrono una facilità di esecuzione, mentre nella riabilitazione hanno dimostrato di migliorare le capacità e l’esperienza immersiva aiuta nel processo di cura, grazie al maggiore coinvolgimento. Rispetto a metodiche tradizionali, consentono di ridurre i costi, non necessitano di ampi spazi e permettono una valutazione in tempo reale in ambienti realistici.

Nel caso della realtà mista, i vantaggi in chirurgia sono legati a una maggiore precisione e a una ridotta durata degli interventi, fornendo una migliore comprensione dell’anatomia in 3D e consente test virtuali di diverse possibili terapie.

C’è poi il metaverso, su cui si focalizza l’interesse per un suo futuro impiego. I possibili valori aggiunti rispetto alle tecnologie di realtà estesa sono almeno due: grazie alla regolamentazione, alla struttura condivisa e alla blockchain è possibile una gestione standardizzata dei dati sensibili. Inoltre si può contare su un maggiore coinvolgimento con l’impiego di avatar come surrogato dell’interlocutore umano.

Anche la robotica si presta a sempre maggiori impieghi in ambito life science, specie in chirurgia. Oltre alle tecniche già in uso in alcune cliniche, c’è da monitorare il potenziale vantaggio di adottare soluzioni di soft robotics, specie in alcuni specifici interventi: un esempio sono gli esami diagnostici nel tratto intestinale, dove la mini invasività e l’accesso più in profondità permettono di eseguire diagnosi più precoci.

Robotica e realtà aumentata troveranno sempre più punti in comune: un esempio, in questo senso lo ha mostrato lo stesso Votta nell’applicazione in cardiologia interventistica strutturale con l’impianto di dispositivi all’interno del cuore. Proprio il politecnico milanese ha illustrato in uno studio, il primo nel suo genere, che vertono sull’integrazione del sensore e della visualizzazione olografica sui driver dei cateteri robotici.

… alla medicina in silico: digital twin e in silico trial

La medicina in silico entra di diritto tra le soluzioni innovative della life science. Sotto forma di modelli computerizzati per assistere nella diagnosi e di digital twin per supportare la decisione medica per uno specifico paziente, personalizzando così tutto il percorso che dalla diagnosi, va alla prognosi e alla pianificazione del trattamento. Nel caso degli in silico trial, permettono di valutare la sicurezza e l’efficacia dei nuovi prodotti medici, riducendo l’impiego della sperimentazione animale e umana. Come ha spiegato Gabriele Dubini, responsabile scientifico dell’Osservatorio Life Science innovation, nonché docente di bioingegneria sempre al Politecnico di Milano,

«Il gemello digitale è la replica in silico di uno specifico paziente, utilizzata per assistere nella diagnosi di una patologia, predire la prognosi, simulare con tecniche computazionali i trattamenti disponibili e supportare la pianificazione pre-operatoria».

Il digital twin è una tecnologia principalmente ancora in ambito di ricerca, in ambito medico. Nel caso degli in silico trial ci sono diversi progetti di ricerca finanziati e dal 2016 si può contare sulla raccomandazione da parte delle istituzioni europee e americane di esplorare l’utilizzo delle tecniche specifiche.

I benefici di entrambi sono vari: col gemello digitale si spazia dal supporto per la decisione in interventi clinici e trattamenti farmacologici, al supporto nello sviluppo di nuovi trattamenti, alla personalizzazione del trattamento, fino alla possibilità di analizzare dettagli non visibili in vivo. Infine, ma non per ultimo, riduce o sostituisce esami invasivi.

Nel caso degli in silico trial, si possono ridurre test in vitro e su animali, limita anche il numero di pazienti coinvolti in trial clinici convenzionali. Inoltre, riduce tempi, costi e rischi per il paziente, permettendo di generare popolazioni virtuali con particolari caratteristiche.

Questi i vantaggi della medicina in silico, le potenzialità ci sono, ma anche le sfide. Serve completare il processo di digitalizzaione dell’informazione e dei dati, anche attraverso la creazione di infrastrutture adeguate. Serve anche garantire l’interoperabilità tra sistemi informativi, mediante l’implementazione obbligatoria di standard tecnici. Terza sfida: serve prevedere la possibilità di uso secondario dei dati clinici in formato digitale, nel rispetto delle leggi sulla privacy e sulla proprietà del dato sanitario.

Il futuro delle life science

Come si delinea il futuro delle life science? L’Osservatorio ha provato a tracciare le linee prospettiche che comprendono tecniche e tecnologie che si svilupperanno da qui ai prossimi dieci anni.

Nei prossimi tre anni è stimato l’orizzonte temporale di diffusione e di impatto della telemedicina, della chirurgia robotica, dei wearable e dell’intelligenza artificiale per l’analisi dei dati e immagini.

Immaginando uno scenario più avanzato, temporalmente parlando (3-5 anni), è possibile immaginare con sufficiente grado di realismo l’applicazione della realtà estesa per la formazione e in chirurgia, oltre che per la terapia riabilitativa. Avranno un impatto elevato i chatbot basati su generative AI e anche l’intelligenza artificiale per lo sviluppo di nuovi prodotti e le terapie digitali. Per queste ultime le stime di mercato globale, una crescita sensibile: si passerà dai 6,77 miliardi di dollari del 2023 ai 28,66 miliardi di dollari nel 2030.

Si passa poi all’orizzonte più ampio (5-10 anni) dove si svilupperanno sistemi in silico trial, digital twin, robotica assistiva e metaverso.