Utblick: Digitalisering - digital hud från TCS Research

För människor inom teknikområdet är TCS synonymt med IT-konsultföretag. Visst, det stämmer, men TCS gör så oerhört mycket mer än att bara vara system- och lösningsarkitekter för många av världens största företag. De har dessutom en stor avdelning för forskning och utveckling inom en rad olika områden där den gemensamma nämnaren är att nyttja företagets tekniska kompetens för att hitta lösningar på utmaningar företag och mänskligheten står inför.

Ett exempel på detta är hur TCS nyttjar digitala tvillingar av allt från mat och hud till fabriker och städer för att bättre förstå eller till och med ersätta den äkta varan med en digital version för forskning. Nedan berättar vi mer om en sådan tillämpning av den digitala tvilling-tekniken. Här handlar det om den mänskliga huden och vi låter en av forskarna som varit med och tagit fram lösningen berätta mer.

En digital tvilling av den mänskliga huden
Det var runt 2013 som tillsynsmyndigheter världen över införde strikta restriktioner för tester av kosmetika och dess ingredienser på djur. Denna utveckling ledde till idén och konceptualiseringen av en digital tvilling av den mänskliga huden, en unik uppfinning av TCS Research.

"Den digitala tvillingen av mänsklig hud har utvecklats baserat på ett koncept som kallas 'multiskalamodellering' som efterliknar hudens fysiokemiska natur", förklarar Rakesh Gupta, forskare vid TCS Research.

Rakeshs team har uppmärksammats för att ha utvecklat mikroskopiska modeller av den mänskliga hudens lager som möjliggör in-silico-testning av till exempel olika läkemedel och kosmetika. Uppfinningen har också visat sig vara användbar vid utformning och testning av nanomaterial för andra tillämpningar inom sjukvården.

Molekylärt beteende fascinerar
Rakesh började på TCS Research 2013, där han arbetade med forskning inom biologiska och fysiska vetenskaper. Innan han började på TCS Research var hans akademiska intressen inriktade på beräkningsmodellering och simulering, bland annat med fokus på molekyldynamiska simuleringar av laddningsgränssnitt.

"Jag var tvungen att lära mig nya domäner, verktyg och tekniker under arbetets gång. Införandet av regler för användning av djur i kosmetiska tester och omfattningen av den vetenskapliga forskningen inom hudbiofysik var det som fick mig att intressera mig för ämnet", säger Rakesh.

"Jag har alltid varit fascinerad av den molekylära världen och nyfiken på hur små arrangemang av molekyler leder till förbluffande makroskopiska beteenden", tillägger han. Det var denna fascination för molekylärt beteende som fick honom att börja studera kemiteknik.

Rakesh började utforska jonernas och molekylernas värld för att förstå deras beteende i nanoporer och för att kunna konstruera bättre superkondensatorer. "Jag har alltid velat veta hur forskningen skulle skilja sig åt inom industrin jämfört med den akademiska världen. Och det som inspirerade mig att börja på TCS Research var det arbete som utfördes av några av företagets seniora forskare, som jag följde mycket noga under mina studier", säger han och förklarar varför han valde att arbeta som forskare på TCS Research.

En mikroskopisk modell
Rakesh och hans team gav sig ut på en djärv resa för att skapa en digital tvilling av den mänskliga huden för att minska och i slutändan (om möjligt) försöka att helt eliminera djurförsök för farmaceutiska och kosmetiska produkter.

Teamet arbetade hårt med sin forskning i över ett och ett halvt år. En av de största utmaningarna var att det inte fanns några offentligt tillgängliga experimentella data från tester på riktig mänsklig hud.

"Det var frustrerande när saker och ting inte gick i rätt riktning, men vi hade hoppet och tron att om vi skulle lyckas skulle det vara ett enormt bidrag inte bara till det vetenskapliga samfundet och TCS Research, utan också till miljontals människor", säger Rakesh.

Efter omfattande efterforskningar validerade teamet modellerna med hjälp av minimidata från vetenskaplig litteratur.

De samarbetade också med internationella laboratorier som Harvard University och Martin Luther University i Halle-Wittenberg, Tyskland.

Rakeshs första artikel och patent om den digitala tvillingen av mänsklig hud publicerades och registrerades 2015–16. Den innehöll en mikroskopisk transportmodell av hudens översta lager. Under 2017 utvecklades designen ytterligare och en fullständig flerskalig modell presenterades både i form av en artikel och ett patent

Han säger att upptäckten är en milstolpe för teamet och att de är stolta över det erkännande och den uppskattning som den har fått.

Att digitalt nysta upp Sars-Cov-2-viruset
Rakeshs nyfikenhet väcktes i början av pandemin 2020 när han följde diskussionerna om virusdetektering på sociala medier hos olika globala forskningslaboratorier.

Hans team har med hjälp av beräkningar utformat nanomaterial som fångar de naturliga fenomenen som sker vid bindning av SARS-CoV-2-virus till mänskliga lungceller och som kan användas för biosensortillämpningar.

Uppfinningen visade sig vara användbar vid en tidpunkt då laboratorierna var stängda och många internationellt erkända grupper fortfarande höll på att spåra virusets egenskaper. Forskningen för att föreslå strategier för att utveckla behandlingar och bota smittade patienter var också i sin linda.

Från matlagning till biologisk forskning
Rakesh använder sina kulinariska färdigheter till biologisk forskning på ett intressant sätt. Ett av de uppdrag som han arbetar med är att utforska människans smak. Teamet tillämpar artificiell intelligens och maskininlärning på biologiska system för att utveckla nya smakmolekyler.

"Vi kan kvantifiera massa, längd, avstånd och tid, men smak är alltid relativt. Hur man utformar nya smakämnen för att tillverka smakrika produkter är inte så enkelt och det är där vi bidrar till att göra det enkelt", säger Rakesh.

För mer information om TCS Research, besök företagets webbplats. https://www.tcs.com/what-we-do/research