Rendere visibile l'invisibile: The Digital Lung Twin
C’è un organo che in Chiesi conosciamo da vicino e che, tuttavia, rimane in gran parte inesplorato: il polmone umano. Per Andrea e Georgi, due scienziati del Centro Ricerche Paolo Chiesi di Parma, la sfida è iniziata con una semplice domanda: potremmo costruire una rappresentazione digitale del polmone umano abbastanza realistica da poter essere studiata, interrogata e, un giorno, utilizzata per prevedere come potrebbe funzionare una terapia per ciascun paziente?
È un’idea che unisce mondi diversi: industria e università, farmaceutica, matematica, fisica, intelligenza artificiale e diagnostica per immagini. Riflette anche il nostro modo di intendere l’innovazione in Chiesi: non una tecnologia fine a sé stessa, ma uno strumento per comprendere meglio le persone e sviluppare soluzioni che rispondano ai loro bisogni ancora insoddisfatti.
Possiamo ricostruire ciò che non riusciamo a vedere?
Andrea Benassi e Georgi Spasov hanno dedicato la loro carriera a far progredire la ricerca sulla somministrazione dei farmaci per via respiratoria attraverso la modellazione computazionale. La loro esperienza riflette la natura dinamica dell’innovazione, in cui le conoscenze vengono continuamente ampliate, testate e applicate per sbloccare nuove possibilità.
Andrea è stato il consulente scientifico di Georgi durante la sua ricerca di dottorato. Da quella collaborazione è nato un percorso di ricerca continuativo che li ha portati - insieme ad altri colleghi e partner scientifici - a perseguire un obiettivo ancora più ambizioso: non limitarsi a modellare una parte del polmone, ma costruirne un gemello digitale.
Dare al polmone un’identità digitale
Un modello matematico può descrivere un fenomeno. Un gemello digitale mira a fare qualcosa di diverso: rappresentare un sistema reale in tutta la sua complessità, adattarsi alle sue caratteristiche specifiche e consentire di simulare ciò che potrebbe accadere in condizioni differenti.
Il nostro progetto parte dalle immagini ottenute con la TC dei pazienti. L’intelligenza artificiale individua le strutture anatomiche visibili nelle immagini, mentre gli algoritmi di modellazione computazionale ricostruiscono le sezioni più profonde dell’albero bronchiale che non possono essere osservate direttamente. Il risultato è un polmone virtuale tridimensionale, specifico per ciascun paziente, che ci permette di simulare il percorso delle particelle inalate e i punti in cui si depositano.
Ma l’ambizione va oltre la modellazione del polmone. Il nostro obiettivo è sviluppare una piattaforma che colleghi anatomia, modalità di respirazione, terapie e malattia, con la possibilità di integrare in futuro dati clinici e funzionali. Questo potrebbe consentire di creare modelli digitali del polmone adattati alla fisiologia e alle esigenze di ciascuna persona, dando a ogni modello un’identità distinta, come la descrive Andrea.
Crescere insieme alla comunità scientifica
Un gemello digitale non nasce da un singolo algoritmo. Richiede conoscenze, collaborazione, una rigorosa validazione e ingegno.
Nel 2023, Chiesi ha ospitato il primo Congresso di Modellazione Polmonare, riunendo esperti internazionali per esplorare il futuro della modellazione respiratoria. Da allora, un numero crescente di pubblicazioni scientifiche ha documentato i progressi del progetto: dalla modellazione del deposito degli aerosol e dalla ricostruzione digitale dell’albero bronchiale fino alla costruzione dell’ecosistema più ampio necessario per rendere il gemello digitale sempre più accurato e affidabile.
Nel 2025 il nostro progetto di gemello digitale dell’apparato respiratorio ha ricevuto un MADE Future Industry Award, che premia le iniziative capaci di portare l’innovazione digitale nel mondo industriale.
Dalla simulazione a un nuovo modo di fare ricerca
Costruire il gemello digitale è solo il primo passo. Prima che possa essere utilizzato a supporto dello sviluppo farmaceutico, deve essere costantemente perfezionato e validato. Servono dati di alta qualità, competenze, una stretta collaborazione con clinici e ricercatori e un dialogo continuo con le autorità regolatorie.
È proprio questa complessità a rendere il progetto così stimolante.
Guardando al futuro, il gemello digitale del polmone potrebbe sostenere la ricerca verso approcci alla medicina respiratoria più precisi e personalizzati. Per realizzare questa visione servirà lo stesso spirito che ha ispirato il programma fin dall’inizio: porsi nuove domande, mettere in relazione competenze diverse ed esplorare nuove possibilità che vanno oltre ciò che conosciamo oggi.