Исторический обмен трансплантатами почки недавно произошел на Ближнем Востоке, но он, возможно, никогда не произошел бы без алгоритма, разработанного в Стэнфорде Итаем Ашлаги, доцентом кафедры менеджмента и инженерии Стэнфорда, и его аспирантом Сукольсаком Сакшувонгом. В общей сложности трем больным реципиентам были сделаны трансплантаты, поддерживающие жизнь, а трем здоровым донорам были сделаны трансплантации почек. На жаргоне трансплантата почки такие сложные операции известны как циклический обмен.
В этом конкретном цикле израильская женщина пожертвовала одну из своих здоровых почек больному реципиенту в Абу-Даби. Между тем, дочь эмиратовского реципиента пожертвовала одну из своих здоровых почек другой израильской женщине, нуждающейся в трансплантации, чей здоровый муж оказался подходящим для матери первого израильского донора, которая также нуждалась в трансплантации.
Этот обмен был историческим не из-за своей сложности, а из-за преодоления, возможно, самой сложной проблемы из всех – политики. Это был первый такой обмен между Израилем и арабской нацией, сделка, которая стала возможной только благодаря Авраамским соглашениям, историческому мирному соглашению, подписанному в августе 2020 года.
Без мирного договора и сотрудничества Ашлаги с Альянсом парного донорства почки и трансплантации Израиля израильтяне и эмиратцы, вероятно, никогда бы не узнали друг о друге, и сложное сопоставление было бы в лучшем случае долгим.
Ашлаги работает в области инженерии, ориентированной на оптимизацию. Обычно, если не ожидать, большая часть усилий инженера тратится на оптимизацию систем и процессов – килограмм сбривается здесь, дополнительный вольт там подается, миллисекунда сокращается здесь. Однако по мере того, как возникают проблемы оптимизации, ни одна из них не может быть настолько серьезной, как сопоставление доноров и реципиентов трансплантата почки. Последствия буквально меняют жизнь.
"В U.S. около 100000 пациентов ожидают трансплантации почки, и реципиенты могут годами ждать донорства," сказал Ашлаги, эксперт в области дизайна рынка и теории игр.
У многих пациентов в очереди есть здоровый друг или родственник, который желает быть живым донором почки, но донор и потенциальный реципиент часто биологически несовместимы. Но такая пара потенциально может быть частью обмена с другими несовместимыми парами, так что каждый из пациентов получает живую донорскую почку.
Ашлаги помогает объединить этих людей с помощью алгоритма, который помогает врачам и больницам проводить эти сложные обмены. Часто в прошлом их приходилось делать вручную на бумаге. Это непросто. В дополнение к сложной биологии определения группы крови и сопоставления тканей, которая включает такие факторы, как группа крови, антитела и даже возраст пациента и близость друг к другу, команда также должна решить проблемы, связанные с данными, чтобы позволить различным больницам обмениваться данными. делиться информацией легко и уверенно.
На самом базовом уровне Ашлаги и другие специалисты в своей области рассматривают биржи почек как рынок. Не в грубом денежном смысле, как аукцион или фондовая биржа. Фактически, Ашлаги предлагает свой алгоритм бесплатно и не получает гонорары или другую компенсацию за его использование. Но тем не менее это рынок в том смысле, что он соответствует спросу и предложению. Валюта на рынке Ашлаги, однако, измеряется не в долларах и центах, а в годах жизни, возвращенных людям с серьезными заболеваниями.
"Одна из приятных вещей в разработанном нами программном обеспечении – это пользовательский интерфейс. Мы собираем все соответствующие данные о пациентах, но затем позволяем пользователю поиграть с различными пороговыми значениями, которые определяют успешные совпадения, чтобы увидеть, что для них работает," Ашлаги сказал, объясняя игровой подход команды к сопоставлению. Программное обеспечение действует как платформа и позволяет различным организациям легко сотрудничать и создавать больше возможностей для обмена. "Буквально несколько дней назад я искал совпадения и обнаружил неожиданный обмен между парами из Израиля и других стран Европы. Надеюсь, это приведет к новому сотрудничеству."
"Я переписал приложение с нуля, сделав пользовательский интерфейс интуитивно понятным и согласованным, чтобы больницы могли использовать его без нашей помощи," сказал Сакшувонг, который работал с Ашлаги над уникальным интерфейсом программы и сделал ее чрезвычайно простой в использовании. Ашлаги признал важную роль Сакшувонга: "Мне посчастливилось встретиться с ним, и он поднял работу на новый уровень, которого я не ожидал."
Сакшувонг также добавил ключевые функции, такие как инструменты, помогающие визуализировать сети пациентов и доноров, и включение кратких объяснений, почему одни совпадения могут быть более совместимыми, чем другие.
"Исследования показали, что эта работа приводит не только к большему количеству совпадений, но и к лучшим совпадениям," Сакшувонг сказал.
Найти набор оптимальных цепочек сложно с вычислительной точки зрения.
"Ограничение обменов тремя или четырьмя парами на самом деле может быть в вычислительном отношении сложнее, чем полное отсутствие ограничений. Наши алгоритмы могут найти оптимальные комбинации за секунды," Ашлаги объяснил.
"Программное обеспечение Itai использовалось по обе стороны исторического обмена между Абу-Даби и Израилем," сказал Элвин Рот, лауреат Нобелевской премии и наставник и частый соавтор Ашлаги, который был в Абу-Даби в связи с обменом.
Рот говорит, что Ашлаги является примером концепции ученого-инженера и теперь является движущей силой в современном обмене почек благодаря как своему глубокому пониманию иммунологических проблем сопоставления почек пациентам, так и его глубокому пониманию потребностей центров трансплантации.
"Он превратил эти практические теоретические открытия в широко используемые цифровые инструменты, способные изменить жизни," Рот добавил. "Возможность поработать с ним стала одним из лучших событий в моей интеллектуальной карьере."
Программное обеспечение и алгоритмы в настоящее время используются в многочисленных ведущих программах обмена в нескольких странах, в том числе в Методистской больнице в Сан-Антонио, крупнейшей одноцентровой программе (в рамках которой было проведено более 500 трансплантаций), и в Национальном альянсе парного донорства почек. программа с около 30 больницами.