I ricercatori della Facoltà di Medicina LKS dell’Università di Hong Kong (HKUMed) hanno sviluppato uno strumento basato sull’intelligenza artificiale che potrebbe contribuire a prevedere gravi malattie cardiovascolari già molti anni prima della comparsa dei sintomi. Il sistema, denominato «CardiOmicScore», utilizza le informazioni ricavate da un unico esame del sangue per valutare il rischio futuro di una persona di sviluppare sei importanti malattie cardiovascolari (CVD): malattia coronarica, ictus, insufficienza cardiaca, fibrillazione atriale, arteriopatia periferica e tromboembolia venosa. Nei soggetti a rischio elevato, il modello è stato in grado di individuare segnali di allarme fino a 15 anni prima della manifestazione clinica della malattia. I risultati sono stati pubblicati su *Nature Communications *.
Un esame del sangue che rileva lo stato di salute attuale
Le malattie cardiovascolari rimangono la principale causa di morte a livello mondiale e, solo nel 2022, sono state responsabili di circa 19,8 milioni di decessi. Ciò significa che circa un decesso su tre a livello mondiale è attribuibile a questo gruppo di malattie. Gli esperti ritengono che una parte significativa delle malattie cardiovascolari potrebbe essere prevenuta, o almeno ritardata, attraverso misure preventive. Tra queste figurano un’alimentazione equilibrata, un’attività fisica regolare, l’astensione dal fumo, il controllo della pressione arteriosa, della glicemia e del colesterolo, nonché l’individuazione precoce dei profili di rischio individuali. In questo contesto, assumono sempre maggiore importanza le nuove tecniche diagnostiche in grado di individuare alterazioni biologiche già molto prima della comparsa dei primi sintomi.
I medici valutano solitamente il rischio cardiovascolare sulla base di fattori quali l’età, la pressione arteriosa, il fumo e altri parametri clinici standard. Sebbene questi indicatori siano utili, potrebbero non essere in grado di evidenziare i primissimi cambiamenti biologici che avvengono nell’organismo prima che una malattia diventi visibile. Di conseguenza, alcune persone potrebbero essere identificate come pazienti ad alto rischio solo quando le migliori opportunità di prevenzione iniziano già a ridursi. I test di rischio genetico offrono un’ulteriore possibilità di stimare la probabilità che una persona sviluppi una malattia. I punteggi di rischio poligenici, ad esempio, combinano gli effetti di numerose varianti genetiche in un unico indicatore del rischio ereditario. Tuttavia, il corredo genetico di una persona è in gran parte determinato alla nascita. Ciò significa che i punteggi genetici non possono riflettere appieno i cambiamenti più immediati causati dall’alimentazione, dall’attività fisica, dall’invecchiamento, dalle malattie, dai fattori ambientali o da altri fattori rilevanti per la salute. CardiOmicScore è stato sviluppato per fornire un quadro più aggiornato di ciò che sta accadendo nell’organismo.
L’IA combina migliaia di segnali biologici
Per sviluppare lo strumento, il team dell’HKUMed ha utilizzato il deep learning per combinare diversi livelli di informazioni biologiche. Questo approccio è denominato «multiomica», poiché riunisce dati provenienti da diversi ambiti della biologia, tra cui la genomica, la metabolomica e la proteomica. La genomica studia le informazioni genetiche. La proteomica si concentra sulle proteine, che svolgono molte funzioni essenziali nell’organismo. La metabolomica studia piccole molecole, i cosiddetti metaboliti, che si formano quando l’organismo metabolizza il cibo, produce energia e reagisce alle malattie. I ricercatori hanno analizzato dati demografici su larga scala provenienti dalla UK Biobank. Il loro modello ha esaminato 2.920 proteine circolanti e 168 metaboliti misurati nei campioni di sangue.
Insieme, queste molecole possono fornire un quadro dettagliato dello stato biologico attuale di una persona. Possono riflettere sottili cambiamenti nell’attività immunitaria, nel metabolismo e nella salute vascolare, ancora prima che compaiano sintomi evidenti. Il professor Zhang Qingpeng, professore associato presso l’Istituto di Farmacologia e Farmacia della HKUMed, ha spiegato: «I geni determinano il nostro punto di partenza: definiscono il nostro rischio di salute di base. Le proteine e i metaboliti, tuttavia, riflettono il nostro attuale stato di salute fisica. Il nostro strumento basato sull’intelligenza artificiale è stato sviluppato per decifrare questi complessi segnali molecolari, in modo che medici e pazienti possano individuare i rischi con molto maggiore anticipo; ciò potrebbe modificare il decorso della malattia grazie a tempestivi cambiamenti dello stile di vita e a una prevenzione precoce».
Previsione di sei malattie cardiovascolari
I risultati dello studio dimostrano che il CardiOmicScore è in grado di trasformare complesse informazioni molecolari ricavate da un singolo campione di sangue in una valutazione individuale del rischio cardiovascolare a lungo termine. Il modello di intelligenza artificiale si è dimostrato nettamente più efficace rispetto ai tradizionali punteggi di rischio poligenici, basati esclusivamente su informazioni genetiche. Mentre i test genetici riflettono solo la predisposizione ereditaria a determinate malattie, il CardiOmicScore tiene conto anche dello stato biologico attuale dell’organismo. Ciò consente di rilevare alterazioni rilevanti dal punto di vista patologico, influenzate dai processi di invecchiamento, dall’alimentazione, dall’attività fisica, dalle infiammazioni o da altri fattori ambientali e legati allo stile di vita.
L’accuratezza predittiva del modello è stata ulteriormente migliorata includendo nel calcolo informazioni cliniche classiche quali età, sesso e altri dati medici di base. Ciò dimostra che la combinazione di biomarcatori molecolari e fattori di rischio consolidati consente una valutazione particolarmente precisa del rischio individuale di malattia. Il sistema è stato sviluppato appositamente per prevedere il rischio di sei delle più importanti malattie cardiovascolari a livello mondiale:
- Cardiopatia coronarica (CC): i depositi nei vasi coronarici limitano l’afflusso di sangue al muscolo cardiaco. La malattia è la causa più frequente di infarto miocardico e figura tra le principali cause di morte a livello mondiale.
- Ictus: un ictus è causato dall’occlusione di un vaso sanguigno che irrorano il cervello o, più raramente, da un’emorragia cerebrale. Può provocare danni neurologici permanenti nel giro di pochi minuti e rappresenta una delle cause più frequenti di disabilità in età adulta.
- Insufficienza cardiaca: in caso di insufficienza cardiaca, il cuore non è più in grado di pompare una quantità sufficiente di sangue nell’organismo. Le persone affette soffrono spesso di dispnea, affaticamento precoce, ridotta capacità fisica e ritenzione idrica.
- Fibrillazione atriale: questa aritmia cardiaca persistente, la più comune, comporta un’attività elettrica non coordinata degli atri. Ciò può favorire la formazione di coaguli di sangue, che aumentano significativamente il rischio di ictus. Inoltre, aumenta il rischio di insufficienza cardiaca e di altre complicanze cardiovascolari.
- Arteropatia periferica (pAVK): nella pAVK le arterie, solitamente nelle gambe, si restringono o si occludono a causa dell’arteriosclerosi. I sintomi tipici sono dolori ai polpacci che si manifestano durante lo sforzo fisico («claudicatio intermittens»); negli stadi avanzati possono comparire ferite che guariscono con difficoltà o addirittura perdite di tessuto.
- Tromboembolia venosa (TEV): tra queste rientrano in particolare la trombosi venosa profonda e l’embolia polmonare. I coaguli di sangue si formano solitamente nelle vene profonde delle gambe e possono staccarsi, raggiungere i polmoni attraverso la circolazione sanguigna e causare lì disturbi circolatori potenzialmente letali.
È particolarmente degno di nota il fatto che il CardiOmicScore sia stato in grado di rilevare segnali di allarme corrispondenti nelle persone con un rischio elevato di malattia già fino a 15 anni prima della comparsa dei sintomi clinici. Ciò offre la possibilità di identificare le persone a rischio molto prima rispetto alle procedure diagnostiche precedenti. Una valutazione del rischio così precoce potrebbe concedere ai medici più tempo per avviare misure preventive quali cambiamenti dello stile di vita, controlli medici regolari o, se necessario, un trattamento farmacologico. L’obiettivo è quello di prevenire, per quanto possibile, l’insorgenza di gravi malattie cardiovascolari o, quantomeno, di ritardarne significativamente la comparsa.
Dal trattamento alla prevenzione precoce
Lo sviluppo del CardiOmicScore riflette il passaggio verso un’assistenza sanitaria basata sulla medicina di precisione. Mentre i punteggi di rischio genetico riflettono principalmente la predisposizione ereditaria alle malattie, le analisi multiomiche forniscono un quadro aggiornato dello stato di salute biologico. Poiché le proteine e i prodotti metabolici subiscono variazioni dovute all’età, allo stile di vita o alle patologie, possono fornire indicazioni precoci sui rischi per la salute che non vengono rilevati dai soli test genetici.
In futuro, un unico prelievo di sangue potrebbe essere sufficiente per elaborare un profilo di rischio completo per diverse malattie cardiovascolari contemporaneamente. Ciò consentirebbe ai medici di disporre di più tempo per avviare misure preventive mirate, quali cambiamenti dello stile di vita, controlli ravvicinati o un trattamento farmacologico precoce, prima che compaiano i primi sintomi. Tuttavia, prima di poter arrivare a un’ampia applicazione nella pratica clinica, sono necessari ulteriori studi. La procedura deve essere convalidata in diversi gruppi di popolazione e deve essere dimostrato il suo effettivo beneficio nella prevenzione delle gravi malattie cardiovascolari.
Il professor Zhang ha spiegato: «Il nostro obiettivo è utilizzare le tecnologie per individuare e prevenire le malattie prima che si sviluppino. Spostando la gestione della salute da un approccio reattivo a uno proattivo di previsione e intervento, intendiamo ottenere un impatto sostenibile sia per la salute pubblica che per l’assistenza individuale ai pazienti».