Тренды развития медицинской науки: Мир, Россия, Москва

1.1. Большие вызовы и угрозы

Появление нового вируса и активное распространение по всему миру коронавирусной инфекции COVID-19 заставило лидеров стран мира и ведущих ученых пересмотреть стратегии развития. Как следует из опубликованного ежегодного доклада Всемирного экономического форума (ВЭФ), прошедшего в Женеве в январе 2021 года, угроза инфекционных заболеваний находится на первом месте. Действительно, согласно рейтингу основных угроз, составленному экспертами на основе «степени воздействия» на жизнь людей в 2021 году, инфекционные заболевания занимают лидирующее положение. Как отметили в своих выступлениях Председатель Европейской комиссии Урсула фон дер Ляйен[1] и вице-председатель Еврокомиссии Валдис Домбровскис[2], основной фокус проблем в 2021 году направлен на преодоление возможного «вакцинного национализма» и на обеспечение доступности вакцин, в том числе в наиболее бедных странах, как в рамках краткосрочной (вакцинация), так и долгосрочной стратегии противодействия пандемии.

Последствия пандемии COVID-19 затрагивают сразу целый ряд глобальных социальных и экономических процессов, одним из которых является дальнейшее развитие цифровизации и инновационных экосистем, в том числе и в здравоохранении. Экосистема, как правило, состоит из совокупности нескольких платформ с предоставлением различных продуктов и услуг.

Крупнейшие экосистемы развивают широкую линейку сервисов для удовлетворения большинства основных потребностей человека, например, услуги здравоохранения и образования. Традиционно крупнейшими международными экосистемами считают четыре американские технологические компании: Google, Apple, Facebook и Amazon (так называемая GAFA) и две китайские: Alibaba и Tencent. В здравоохранении появление цифровых платформ связано с внедрением технологий искусственного интеллекта (ИИ) и тотальной цифровизации процессов. Возможности для трансформации здравоохранения базируются на внедрении Интернета вещей (Internet of Things или IoT).

Определено, что к факторам, которые серьезно повлияют на развитие медицины, относятся урбанизация – две трети населения Земли будут жить в городах; нехватка сырьевых ресурсов – природных ресурсов будет недостаточно, активное развитие получат альтернативные источники энергии, а основной проблемой станет опреснение и доступность воды; технологичность и автоматизация – активное применение роботов и автоматизированных процессов в экономике и промышленности позволит перераспределить человеческие ресурсы на иные, более творческие сферы деятельности.

Одним из приоритетных вопросов здравоохранения на 2021 год остается вопрос сохранения психического здоровья и благополучия, усугубленный пандемией[3][4]. Как отмечает научное сообщество, COVID-19 усугубил глобальный кризис психического здоровья [1]. Фонд Commonwealth Fund и исследовательская компания SSRS опубликовали опрос по этой проблеме, в котором основное внимание уделяется ситуации в десяти странах с высоким уровнем дохода. Около четверти респондентов в Канаде, Великобритании и Франции заявили, что исходом пандемии явились проблемы с психическим здоровьем, вдвое увеличилось количество лиц, задумывающихся о самоубийстве[5],[6]. Но даже до пандемии около 400 млн. человек страдали от тревоги или депрессии[7].

Одна из глобальных проблем, требующая нового мышления, – это стремительное старение населения и поддержка высокого качества жизни для него. Согласно данным World Population Ageing, в 2017 году в мире насчитывалось 962 млн человек в возрасте 60 лет и старше[8]. Ожидается, что к 2030 году количество пожилых людей превысит количество детей в возрасте до 10 лет (1,41 млрд к 1,35 млрд соответственно), а к 2050 году численность пожилых людей в возрасте 60 лет и более превысит количество подростков и молодежи в возрасте от 10 до 24 лет (2,1 млрд к 2,0 млрд соответственно)[9].

Согласно отчету ООН «Мировые демографические перспективы: пересмотренное издание 2019 года», к 2050 году каждый шестой человек в мире будет старше 65 лет (16 % населения), по сравнению с каждым 11-м в 2019 году (9 % населения), также к 2050 году возраст каждого четвертого жителя Европы и Северной Америки будет 65 лет и старше[10].

С целью формирования международных руководящих принципов по проблемам старения в XXI веке были приняты политическая декларация и Мадридский международный план действий по проблемам старения, требующие пересмотра подходов, политики и практики на всех уровнях[11],[12].

Всемирная организация здравоохранения оценивает экологическое бремя болезней в панъевропейском регионе в 15–20 % от общего числа летальных исходов[13]. Таким образом, необходимо признать, что здоровье окружающей среды и здоровье человека – это «единое» планетарное здоровье, которое требует пристального внимания работников здравоохранения[14], так как изменение климата повлекло за собой изменение экологии болезнетворных микроорганизмов.

В целом мировая карта эндемических заболеваний быстро меняется по мере распространения субтропических патогенов (например, вируса Денге) на север. Программа эпидемиологических исследований PREDICT, финансируемая Агентством международного развития США, сосредоточена на выявлении и борьбе с зоонозными заболеваниями[15],[16]. В результате исследования обнаружено более 217 вирусов, что позволило эпидемиологам изучить видовое взаимодействие между людьми и животными[17]. Эти взаимодействия только усиливаются, поскольку люди стремительно разрушают природные системы, затрагивая все аспекты здоровья человека.

Человеческая деятельность приближает людей и диких животных к более тесной близости, чем когда-либо. Сейчас 40 % поверхности суши используется под пахотные земли и пастбища, половина всех тропических и умеренных лесов вырублена, а домашний скот составляет 60 % от общей биомассы всех млекопитающих. Все это приводит к всплеску зоонозов. Исследования показывают, что эти тенденции могут стать причиной большинства глобальных угроз здоровью в ближайшие годы. Исследование, опубликованное в The Lancet [2], смоделировало последствия для общественного здравоохранения стран, согласующихся с Парижским соглашением Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата 2015 года[18]. В нем делается вывод о том, что хорошо продуманная политика смягчения последствий в ряде секторов, включая энергетику, антропогенную среду, продовольствие и сельское хозяйство, а также транспорт, приводит к меньшему загрязнению воздуха, улучшению жилищных условий, здоровому питанию, повышению физической активности и, следовательно, меньшему количеству смертей.

Данные другого исследования показали, что загрязнение воздуха может быть причиной одной из пяти смертей в мире, что почти вдвое превышает предыдущие оценки[19]. Снижение уровня загрязнения воздуха является наиболее простым экологическим вмешательством со значительными преимуществами для здоровья населения. Пандемия подчеркнула важность «единого здоровья» – трансдисциплинарного подхода в рамках планетарного здоровья, который признает взаимосвязь между людьми, животными, растениями и их общей средой обитания[20]. Эксперты утверждают, что такой подход позволяет обнаруживать зоонозные заболевания у источника и разрабатывать программы по их сдерживанию. Мы можем предотвратить будущие пандемии только с помощью интегрированного подхода «единое здоровье» к общественному здоровью.

Всемирный экономический форум подготовил свой прогноз и видение здравоохранения будущего. Он базируется на нескольких принципах: повсеместное развитие превентивной медицины; повсеместное распространение мобильных устройств и бытовых датчиков для диагностики здоровья и аналитической оценки состояния человека; развитие робототехники и беспилотников; отсутствие донорства; лекарства можно будет напечатать на биопринтере из дома по электронному рецепту; нейроинтерфейсы вместо основного медицинского персонала будут следить за индивидуальным здоровьем человека.

1.2. Глобальные исследовательские фронты для развития медицины

Глобальный исследовательский фронт представляет собой группу (кластер) статей, объединенных фактом совместного цитирования в других статьях в определенный момент времени.

С помощью методологии выделения направлений (topic) и кластеров направлений (topic cluster) SciVal (по состоянию на 05.05.2021) нами были выделены три предметные области: клиническая медицина, управление здравоохранением и общественное здравоохранение. Topic формировался при наличии в группе отобранных работ не менее одной входящей в топ 1 % самых цитируемых, либо одного grant acknowledgement за последние три года.

Базовое представление о месте страны в научном мире можно определить по общему числу публикаций, проиндексированных международными базами научных статей. Общая статистика публикационной активности стран с 2017 по 2020 год по рубрикам «Клиническая медицина», «Управление здравоохранением», «Общественное здравоохранение, окружающая среда и гигиена труда» на основании данных Scopus представлена в таблице 1.2.1.

Таблица 1.2.1 – Сравнительная характеристика публикационной активности стран с 2017 по 2020 год

При обосновании актуальности научной работы рейтинга заинтересованности различных регионов было недостаточно, поэтому потребовалось провести анализ других критериев (рис. 1.2.1, 1.2.2).

Рисунок 1.2.1 – Топ-100 мировых научно-исследовательских институтов по количеству статей в рубрике «Управление здравоохранением» (данные SciVal за 2017–2020 гг. по состоянию на 05.05.2021)

Рисунок 1.2.2 – Топ-100 мировых научно-исследовательских институтов по количеству статей в рубрике «Общественное здравоохранение, окружающая среда и гигиена труда» (данные SciVal за 2017–2020 гг. по состоянию на 05.05.2021)

Ниже представлена сравнительная характеристика публикационной активности топ-10 мировых научно-исследовательских институтов за период с 2017 по 2020 год по рубрикам: «Клиническая медицина», «Управление здравоохранением», «Общественное здравоохранение, окружающая среда и гигиена труда» на основании данных SciVal (табл. 1.2.2).

Таблица 1.2.2 – Сравнительная характеристика публикационной активности мировых научно-исследовательских институтов с 2017 по 2020 год

В ходе исследования по предметным областям были отобраны общемировые тематические кластеры (большие группы публикаций за 2017–2020 годы, связанные друг с другом цитированием) по количеству статей, быстро растущих и востребованных (по интегральному показателю prominence, учитывающему количество цитирований, просмотров статей и росту их количества) (рис. 1.2.3–1.2.5).

Рисунок 1.2.3 – Общемировые тематические кластеры в разделе «Клиническая медицина» (данные SciVal за 2017–2020 гг. по состоянию на 05.05.2021)

Рисунок 1.2.4 – Общемировые тематические кластеры в разделе «Управление здравоохранением» (данные SciVal за 2017–2020 гг. по состоянию на 05.05.2021)

Рисунок 1.2.5 – Общемировые тематические кластеры в разделе «Общественное здравоохранение, окружающая среда и гигиена труда» (данные SciVal за 2017–2020 гг. по состоянию на 05.05.2021)

Совместное цитирование указывает на смысловую близость таких работ и позволяет рассматривать весь кластер как область особого внимания ученых к некоторой проблеме, намечает «передний край» науки и приоритетные направления ее развития, способные принести наиболее перспективные результаты в долгосрочном периоде (табл. 1.2.3).

Таблица 1.2.3 – Анализ общемировых тематических кластеров

Сравнительная характеристика самых публикуемых ученых в рубриках «Клиническая медицина», «Управление здравоохранением», «Общественное здравоохранение, окружающая среда и гигиена труда» представлена в таблице 1.2.4.

Таблица 1.2.4 – Сравнительная характеристика публикационной активности ведущих мировых ученых с 2017 по 2020 год

Ключевые слова – это один из способов упорядочить весь массив научной информации, который существует на данный момент, а также найти и сгруппировать необходимые исследовательские материалы (рис. 1.2.6, 1.2.7).

Рисунок 1.2.6 – Актуальность ключевых слов в разделе «Управление здравоохранением» (данные SciVal за 2017–2020 гг. по состоянию на 05.05.2021)

Рисунок 1.2.7 – Актуальность ключевых слов в разделе «Общественное здравоохранение, окружающая среда и гигиена труда» (данные SciVal за 2017–2020 гг. по состоянию на 05.05.2021)

Как правило, анализ ключевых фраз и слов целевая аудитория использует для поиска интересующего материала, а для определения тематической и терминологической области поиск ключевых фраз и слов является определяющим для глубины терминологической специализации исследования. Визуализация топ-50 ключевых слов с 2017 по 2020 год по рубрикам: «Клиническая медицина», «Управление здравоохранением», «Общественное здравоохранение, окружающая среда и гигиена труда» на основании данных Scopus представлена в таблице 1.2.5.

Таблица 1.2.5 – Распространенность ключевых слов по рубрикам

Выявление исследовательских фронтов и определение приоритетнх направлений является одной из наиболее значимых проблем в науковедении и научной политике и имеет решающее значение на этапах планирования научной деятельности[21]. Проведенный сотрудниками НИИОЗММ ДЗМ совместно с представителями РФФИ анализ цитируемости для выявления фронтов позволил составить общее представление о результатах научно-исследовательской деятельности в различных отраслях медицины.

В формировании глобальной исследовательской повестки по суммарному количеству статей и доле, которую направление занимает в исследуемом массиве публикаций InCites Citation Topics, определилось несколько глобальных исследовательских фронтов – это нейросканирование (84,6 тыс. статей – 2,7 %), иммунология (78,9 тыс. статей – 2,5 %), диетология (75,2 тыс. статей – 2,4 %), ортопедия (63,8 тыс. статей – 2,0 %) и психиатрия (62,8 тыс. статей – 2,0 %), которые представлены в таблице 1.2.6.

Таблица 1.2.6 – Структура InCites Citation Topics для раздела «Клиническая медицина и науки о жизни»

Стоит отметить, что среди перечня актуальных направлений InCites Citation Topics можно выделить наиболее востребованные по показателям количества и доле процитированных статей (табл. 1.2.7).

Таблица 1.2.7 – Актуальные направления раздела «Клиническая медицина и науки о жизни»

1.3. Научные программы и проекты в мире

Развитие науки в мире все больше приобретает черты трансграничности. Научные коллективы объединяют свои усилия для получения системных результатов. На сегодня в мире реализуется более десяти масштабных научных программ, направленных на познание человека и его здоровья.

Глобальные исследования мозга человека по картированию, мониторингу и модуляции мозговой активности приведут к созданию множества клинических приложений, но на первый план выходят проекты нейросканирования.

Знания о том, как деятельность мозга вызывает сложное поведение и как он адаптируется к внешним и внутренним изменениям, ограничены. Понимание различных чувств, эмоций и когнитивных функций – мышления, выбора и даже сознания – обещает новаторские решения в таких областях, как здравоохранение, образование и экономика XXI века [3].

В связи с растущим бременем основных заболеваний головного мозга во всем мире ученым необходимо найти наиболее эффективные средства для всестороннего применения современной биотехнологии и решения проблем клинической медицины.

Нейробиология и визуализация вступают в новую эру сотрудничества, в которой новые успешные технологии, порожденные крупными научными проектами по всему миру, окажут огромное влияние не только на медицинскую науку, но и на экономику и общество. В США в 2013 году приступили к реализации инициативы «Исследование мозга через продвижение инновационных нейротехнологий» (BRAIN). Инициатива BRAIN была направлена в помощь исследователям для поиска новых способов лечения и предотвращения заболеваний мозга. Чтобы помочь сформировать новую инициативу, National Institutes of Health (NIH) учредил рабочую группу в составе Консультативного комитета – директора NIH (ACD) для изучения новаторских начинаний под сопредседательством доктора Корнелии «Кори» Баргманн (Рокфеллеровский университет) и доктора Уильяма Ньюсома (Стэнфордский университет)[22]. В их отчете «BRAIN 2025: A Scientific Vision»[23] сформулированы научные инициативные цели: выявление и экспериментальный доступ к различным типам клеток мозга для определения их роли в здоровье и развитии болезней.

В задачах проекта предполагается:

• провести интегрированную систематическую перепись типов нейрональных и глиальных клеток, выявить новые генетические и негенетические инструменты для доставки генов, белков и химических веществ к интересующим клеткам у животных и людей;

• составить карты головного мозга в нескольких масштабах с возможностью отображать связанные нейроны в локальных цепях и распределенных системах мозга, что позволит понять взаимосвязь между нейрональной структурой и функцией для анатомической реконструкции нейронных цепей на всех уровнях, от неинвазивной визуализации всего человеческого мозга до плотной реконструкции синаптических входов и выходов на субклеточном уровне;

• зарегистрировать динамическую нейронную активность из полных нейронных сетей в течение длительных периодов времени во всех областях мозга, что предоставит многообещающие возможности как для улучшения существующих технологий, так и для разработки совершенно новых технологий нейронной записи, включая методы, основанные на оптике, молекулярной генетике и нанонауке, охватывающие различные аспекты активности мозга;

• выявить причинно-следственную взаимосвязь между активностью мозга и поведением для последующего изменения динамики нервной цепи;

• изучить поведение человека с помощью объединения передовых генетических и оптических методов с использованием световых импульсов для выявления мозговых клеток, влияющих на поведение, для разработки нового поколения инструментов для оптогенетики, хемогенетики, а также биохимической и электромагнитной модуляции;

• разработать концептуальный фундамент для понимания биологических основ психических процессов посредством разработки новых теоретических инструментов и инструментов анализа данных.

Задачами исследовательской группы National science foundation (NSF) является создание набора физических и концептуальных инструментов, необходимых для определения функционирования здорового мозга на протяжении жизни человека[24]. Основная цель работы – выйти за пределы картирования мозга и найти взаимосвязь между поведением, деятельностью мозга в целом, его функциями, единичными клетками и субклеточными структурами.

Эта инициатива имеет большие перспективы для решения фундаментальных нейробиологических вопросов о здоровом функционировании мозга, создаст основы для усовершенствования методов лечения расстройств нервной системы или черепно-мозговых травм, направлена на многомасштабную интеграцию динамической активности и структуры мозга, нейротехнологии, количественную теорию и моделирование функций мозга.

Группа Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) разработала ряд программ, включая «Электрические рецепты» (ElectRx), направленных на помощь человеческому телу исцелить себя за счет нейромодуляции с помощью сверхминиатюрных устройств[25]. Программа Neuro-Function, Activity, Structure and Technology (Neuro-FAST) ориентирована на обеспечение визуализации и декодирования активности мозга. Программа восстановления активной памяти (RAM) ориентирована на разработку и тестирование беспроводного, полностью имплантируемого медицинского устройства с нейронным интерфейсом для клинического использования человеком. Устройство будет способствовать формированию новых воспоминаний и восстановлению существующих, у людей, утративших эти способности в результате черепно-мозговой травмы или неврологического заболевания. Программа «Системная нейротехнология для новых методов лечения» (SUBNETS) направлена на создание имплантированных диагностических и терапевтических систем для лечения нейропсихологических заболеваний.

European Commission’s Human Brain Project реализует проект «Человеческий мозг» (HBP), являющийся флагманом Европейской комиссии по вопросам будущего и новых технологий, его цель – ускорить понимание человеческого мозга, добиться прогресса в определении и диагностике заболеваний мозга и разработать новые технологии. HBP имеет более 100 партнеров в 24 странах Европы и по всему миру. Основная цель HBP – представить к 2023 году совместную разработку первого проекта «каркаса» модели и симуляции человеческого мозга[26].

Параллельно с проектами в США и Европе в 2014 году Япония запустила собственный проект Japan’s Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies (Brain/MINDS), преследующий три цели: сосредоточить внимание на исследованиях мозга приматов, установить нейронные сети, участвующие в таких нарушениях мозга, способствовать тесному сотрудничеству между фундаментальными и клиническими исследованиями, связанными с мозгом[27].

Декларация о намерениях по созданию Международной инициативы в области изучения мозга была принята 8 декабря 2017 года на встрече представителей крупных мировых исследовательских проектов в области мозга, проводимой при поддержке Фонда Кавли и организованной Австралийской академией наук в Канберре. Декларация между представителями Японии, Кореи, Европы, Соединенных Штатов Америки и Австралии, Китая и Канады предназначена для ускорения прогресса во «взломе кода мозга»[28].

Министр здравоохранения Австралии объявил, что Австралийский национальный совет по здравоохранению и медицинским исследованиям предоставит дополнительные инвестиции в исследования функций и структуры мозга в сотрудничестве с BRAIN – основы неинвазивных методов визуализации человеческого мозга и нейрозаписей[29].

Некоммерческая организация Israel Brain Technologies (IBT) поставила перед собой задачу ускорить коммерциализацию израильских инноваций, связанных с мозгом, и сделать Израиль ведущим международным центром технологий мозга[30].

Проект Brainnetome в Китае вплотную занимается идентификацией мозговой нейронной сети с помощью метода мультимодальной нейровизуализации[31]. Одними из последних открытий проекта являются установление взаимосвязи между нарушением тормозного контроля и многочисленными психиатрическими и поведенческими расстройствами, разработка 3D-сети (3DAN), визуализирующей пребиомаркеры, приводящие к развитию болезни Альцгеймера[32],[33].

Проект Human Connectome (USC Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute, USC University of Southern California, США) призван обеспечить беспрецедентную компиляцию нейронных данных – интерфейс для графической навигации. В лаборатории нейровизуализации исследователи LONI занимаются разработкой алгоритмов деформации и количественного анализа данных для создания набора атласов мозга, которые характеризуют нормальный мозг в процессе развития, в зрелом и пожилом возрасте, работают над пониманием и картированием мозга при болезни Альцгеймера, а также мозга других популяций пациентов[34].

Проект BRAHMA (Индия) предполагает определение морфологических различий головного мозга между группами населения, что требует создания популяционных шаблонов мозга для интерпретации данных нейровизуализации, а вариации нейроанатомии в генетически гетерогенной популяции делают необходимым создание популяционно-специфического шаблона мозга [4].

Глобальные усилия по исследованию мозга предпринимает и American Brain Coalition (США), занимающаяся высокоточной реконструкцией морфологии нейрона[35].

Развитие иммунологии в последние десятилетия позволило выявить ключевую роль иммунологических нарушений в патогенезе ряда заболеваний. Угрозы инфекционных заболеваний в XXI веке, разработка новых вакцин усилили серьезные ответные меры глобальной иммунологической обсерватории и связанные с ней разработки в области системной иммунологии [5].

National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID, США) запланировал серию фундаментальных иммунологических исследований для предотвращения инфекционных, иммунологических и аллергических заболеваний в Восточной Азии и Тихоокеанском регионе[36],[37]. Европейские исследователи являются частью Immune Tolerance Network, международного консорциума, спонсируемого NIAID, который занимается оценкой новых методов лечения аутоиммунных заболеваний, астмы и аллергических заболеваний, а также вопросами отторжения трансплантата[38].

Приоритеты исследований NIAID в регионе MENA (Ближний Восток и Северная Африка) включают изучение устойчивости к противомикробным препаратам, а также работу с иммунодефицитными заболеваниями и забытыми тропическими болезнями. NIAID активно участвует в исследованиях других инфекционных заболеваний в регионе, включая коронавирус ближневосточного респираторного синдрома (БВРС-КоВ) и гепатиты C, B и D[39]. Правительство США имеет соглашения в области науки и технологий с Индией и Бангладеш, которые способствуют исследованиям и сотрудничеству. Одним из наиболее важных и успешных проектов сотрудничества стала Индо-американская программа действий в отношении вакцин[40]. NIAID и Национальный институт здоровья (NIH), Клинический центр Уоррена Г. Магнусона проводит клинические исследования ВИЧ-инфекции, хронических вирусных гепатитов (гепатиты B и C), инфекционных заболеваний и других иммунологических заболеваний[41].

В свою очередь Helmholtz Centre for Infection Research (Германия), специализирующийся в области экспериментальной иммунологии, занимается изучением «механизмов периферической толерантности» на основании изучения состояния Т-клеток. Исследователи разрабатывают первую математическую модель периферического гомеостаза Treg, которая будет использована в качестве основы для дополнительных подходов к моделированию иммунных ответов, опосредованных Т-клетками во время острой инфекции вируса гриппа A (IAV).

Совместно с Немецким исследовательским фондом Sonderforschungsbereich 738 европейская исследовательская сеть European Network Linking Informatics and Genomics of Helper T-cells in Tissues изучает эпигенетическое профилирование хелперных Т-клеток на основании экспрессии генов, что позволит создавать индивидуализированные подмножества иммунных клеток с эпигенетически фиксированными функциональными свойствами для терапевтических целей[42],[43]. Учеными накоплены лишь отрывочные сведения о влиянии инфекций и факторов окружающей среды, таких как употребляемая пища, микробиота или хроническое воспаление на эпигеномы иммунных клеток. Эти эпигенетические модификации, особенно если они приобретены в молодом возрасте, могут иметь долговременные и пожизненные последствия для функциональности иммунной системы, что требует дальнейшего исследования.

Программа Innate Lymphoid Cells (Германия) направлена на идентификацию и функциональную характеристику генов эпигенетической сигнатуры в клонах врожденных лимфоидных клеток[44].

Проводимое под эгидой CORDIS (European Commission) европейское исследование по изучению количественной Т-клеточной иммунологии и терапии для понимания механизмов, контролирующих количество различных субпопуляций лимфоцитов, станет ключом в терапевтической цели иммунных ответов, скорости клеточной пролиферации, дифференциации, выживания и гибели клеток. Данное иммунологическое исследование будет сочетать экспериментальные подходы с математическим анализом для количественной оценки иммунной динамики[45].

Проводимые в сотрудничестве с University of Birmingham (Великобритания) при поддержке UK Coronavirus Immunology Consortium исследования Protective Immunity from T-cells to COVID-19 in Health workers’ study (PITCH) изучают возможности иммунного Т-клеточного ответа после вакцинации[46].

UK Coronavirus Immunology Consortium также занимается поисками иммунного ответа на SARS-CoV-2, что будет иметь решающее значение для способности человечества контролировать пандемию коронавируса[47].

Иммунология онкологических заболеваний представляет собой сильный и развивающийся научный кластер. American Association for Cancer Research (AACR21) (США) работает над изучением роли активации CD40 для стимуляции Т-клеточного ответа молекулами иммунных контрольных точек, которые станут новой клинической возможностью для иммунотерапии рака [6].

International Trained Immunity Concortium (INTRIM) – крупномасштабное международное исследование, направленное на изучение механизмов адаптации врожденного иммунитета, также называемого тренированным иммунитетом. INTRIM стремится изучить процесс выработки иммунитета дефакто – врожденной иммунной памятью, чтобы улучшить понимание иммунного ответа и определить новые стратегии для улучшения вакцинации, а также диагностики и лечения иммунных заболеваний[48]. Один из исследовательских проектов INTRIM изучает влияние вакцинации БЦЖ на иммунологические характеристики стволовых клеток гемопоеза, в другом проекте исследуется Toll-подобный рецептор 10 (TLR10) – рецептор распознавания сигнала воспаления, запускающий противовоспалительные механизмы [7, 8]. Кроме того, TLR10 способен индуцировать антагонист рецептора IL-1, противовоспалительный цитокин, который продуцируется моноцитами [9]. Цель этого проекта – изучить роль TLR10 в «тренированном» иммунитете[49].

Harvard T. H. Chan School of Public Health (США) и Human Vaccines Project (США) объявили о совместном проекте по изучению иммунной системы человека, целью которого является революция в понимании иммунной системы человека и ускорение создания эффективных вакцин, средств диагностики и лечения[50],[51]. Исследование объединит экспертов Гарвардской школы Чана в области эпидемиологии, а конечной его целью станет установление причинно-следственной связи, иммунологических реакций, вычислительной и системной биологии с ресурсами и наработками Human Vaccines Project. Планируется разрабатывать модели иммунитета, основанные на ИИ, которые в последующем можно будет использовать для ускорения разработки и тестирования вакцин и лекарственных средств. Инициатива в изучении иммунологии человека объединит новые методы тестирования с передовой биологической и вычислительной наукой для моделирования иммунитета среди населения.

Изучение иммунологической памяти после перенесенных инфекций является актуальным вопросом 2021 года. Продолжительность иммунологической памяти после заражения острым респираторным синдромом, вызванным коронавирусом 2 (SARS-CoV-2) и COVID-19, неизвестна. Исследование иммунной памяти к SARS-CoV-2 имеет значение для понимания защитного иммунитета против COVID-19 и оценки вероятного будущего течения пандемии COVID-19 и является приоритетным научным направлением.

Ученые из Sanford Burnham Prebys (США) идентифицировали набор человеческих генов, которые способны бороться с инфекцией SARS-CoV-2. Знание того, что интерферон-стимулированные гены могут контролировать вирусную инфекцию, может помочь исследователям понять факторы, влияющие на тяжесть заболевания, а также предложить возможные терапевтические варианты, что будет следующим шагом исследования[52].

Кроме этого, Институт медицинских исследований Sanford Burnham Prebys запустил фундаментальное исследование Aging, Cancer and Immuno-oncology Program для изучения изменений в клетках и их окружающей среде, которые предрасполагают к раку в тканях людей пожилого и старческого возраста, изучения перекрестных связей между раковыми, иммунными клетками и стромальными компонентами, регулирующими рост и метастазирование солидных и гематологических злокачественных новообразований, что позволит разработать новые и более эффективные профилактические методы лечения рака[53].

Внимание исследователей программы Immunity and Pathogenesis сосредоточено на понимании регуляции и взаимодействия иммунных ответов макроорганизма и микробного патогена. Изучаемое взаимодействие «вирус-хозяин» врожденный и гуморальный иммунитет, воспаление и регуляция контрольных точек Т-клеток даст лучшее понимание этих аспектов иммунной системы и предоставит новые терапевтические возможности для решения многих неудовлетворенных медицинских потребностей, включая лечение эндемических и пандемических инфекционных заболеваний, аутоиммунных заболеваний, рака и воспалительных заболеваний[54].

Принимая во внимание серьезность проблемы общественного здравоохранения, научные сообщества приступили к осуществлению процесса, предполагающего проведение широких и всеобъемлющих консультаций, которые должны привести к созданию глобальной стратегии в области рациона и режима питания, физической активности и здоровья. Общей целью этой стратегии является улучшение здоровья населения благодаря здоровому питанию, физической активности и глобальной безопасности пищевых продуктов.

Крупнейшее мировое исследование NutriNet-Santé (Франция), целью которого является изучение взаимосвязи между питанием (питательные вещества, продукты, режимы питания, физическая активность, статус питания) и результатами для здоровья (частота сердечно-сосудистых заболеваний, рака, диабета, ожирения, гипертонии, смертности); изучение роли различных детерминант (социологические, экономические, культурные, биохимические, когнитивные, восприятие, пищевые предпочтения и т. д.), моделей и статуса питания, а также их взаимодействия, в 2021 году предоставило обширное хранилище фенотипических данных с долгосрочным последующим наблюдением для выявления физиопатологических механизмов, оценки биомаркеров и интеграции генетических процедур в анализ взаимосвязи между питанием и здоровьем [10].

Генеральный секретарь ООН на Саммите по продовольственным системам призвал принять меры для снижения распространения ожирения из-за неправильного питания. ВОЗ обсудила сотрудничество с Всемирной федерацией ожирения, ЮНИСЕФ, Фондом Блумберга для борьбы с пандемией ожирения путем изменения способов производства и потребления продуктов питания в мире, что позволит добиться прогресса[55].

Новая рамочная программа действий ВОЗ по разработке и осуществлению политики государственных закупок и обслуживания продуктов питания для здоро вого питания направлена на повышение доступности здоровой пищи[56],[57].

«Решимость спасти жизни» – это инициатива глобальной организации общественного здравоохранения Vital Strategies, направленная на снижение употребления некачественной пищи и предотвращение развития ожирения. Для достижения поставленных целей Vital Strategies разработала Программу продовольственной политики[58].

World Obesity Federation в новом стратегическом отчете признала сложность борьбы с ожирением и разработала структуру ROOTS, которая устанавливает интегрированный, справедливый, всеобъемлющий и ориентированный на человека подход к борьбе с ожирением. Основываясь на системе ROOTS, сформулирована Декларация, дающая рекомендации по немедленным действиям по всему спектру борьбы с ожирением – от профилактики до лечения с учетом пандемии COVID-19[59].

European Association for the Study of Obesity (EASO) является частью мирового консорциума, занимающегося проблемами ожирения, и реализует несколько исследовательских проектов, одними из которых являются: TIMESPAN – установление генетических взаимосвязей[60]; PROTEIN – исследование, проводимое с инновационным Европейским союзом Horizon 2020, которое направлено на разработку инструментов с использованием новейших коммуникационных технологий и стратегий машинного обучения для предоставления индивидуальной поддержки в области питания и физической активности[61]. 20 апреля 2021 года была создана новая группа Европарламента по ожирению, помогающая решить проблемы ожирения и устойчивости систем здравоохранения в борьбе с ним, рассматривающая ожирение как одно из приоритетных хронических заболеваний в эру пандемии COVID-19[62].

Pan American Health Organization (PAHO) единогласно одобрила План действий по профилактике ожирения у детей и подростков для реализации ряда эффективных внедрений, законов, нормативных положений и мероприятий, учитывающих приоритеты и контекст государств-членов, и обозначила стратегические направления действий: защита, продвижение и поддержка оптимальных методов грудного вскармливания и прикорма; улучшение условий дошкольного и школьного питания и физической активности; межсекторальные действия по укреплению здоровья[63],[64]. PAHO поддерживает рекомендованные ВОЗ мероприятия по сокращению эпидемии ожирения, такие как «наиболее выгодные вмешательства» ВОЗ, связанные с профилактикой ожирения, Глобальную стратегию ВОЗ по питанию, физической активности и здоровью и Глобальный план действий по физической активности на 2018–2030 годы «Более активные люди за более здоровый мир»[65].

В глобальном отчете «Obesity Management Market» отмечается, что рынок лекарственных препаратов для лечения ожирения будет регистрировать среднегодовой темп роста в 8,4 % в течение прогнозируемого периода с 2019 по 2025 год, который, как ожидается, будет оценен в 2025 году в 9,34 млрд долларов США[66].

Согласно данным комиссии EAT – Lancet в мире растет глобальный интерес к диетам, в основном на растительной основе, которые приносят пользу здоровью человека и планеты [11]. Эта тенденция уже нашла отражение в отраслевых инновациях, в распространении на рынке заменителей мяса нарастительной основе и альтернативных источников белка. Современные исследования откроют новые подходы для оценки долгосрочного воздействия на здоровье употребления этих продуктов вместо традиционного питания.

Бурный рост генетической и биологической информации дал старт развитию концепции индивидуального питания – нутригеномике. Выявлены генетические варианты, влияющие на метаболизм питательных веществ. В настоящее время существует потребность в количественной оценке и математическом моделировании множественных генетических эффектов, обусловленных питательными веществами [12, 13]. Однако относительно мало известно о наиболее специфических взаимодействиях генов и диеты. Требуют дальнейшего рассмотрения вопросы, связанные с диетическим воздействием на генетическую архитектуру, с использованием концепции пенетрантности, плейотропии, эпистаза, полигенности и эпигенетики.

Изложенные в сборнике Health Affairs проекты Национальной академии медицины (NAM, США) Vital Directions for Health and Health Care включают приоритеты здравоохранения на 2021 год, определенные новой администрацией президента США Джо Байдена. Одним из них является программа «Угрозы инфекционных заболеваний: восстановление устойчивости», в которой рассматривается вопрос о готовности к пандемии в США и излагаются шаги по укреплению способности прогнозировать будущие пандемии и реагировать на них[67].

Официальная информация Европейского союза, опубликованная в программе EU4Health 2021–2027[68], содержит несколько ключевых направлений: это укрепление системы здравоохранения и возможность противостоять эпидемиям; профилактика заболеваний и укрепление здоровья у стареющего населения; цифровая трансформация систем здравоохранения, а также разумное и эффективное использование противомикробных препаратов, продвижение медицинских и фармацевтических инноваций, экологичное производство [14]. Неотложными приоритетами здравоохранения Европейский союз считает борьбу с онкологическими заболеваниями, сокращение числа устойчивых к противомикробным препаратам инфекций и повышение показателей вакцинации[69],[70],[71]. Кроме этого, Европейский союз расширяет европейские справочные сети по редким заболеваниям и продолжает международное сотрудничество по глобальным угрозам и вызовам для здоровья[72],[73].

Данные недавнего исследования «Глобальное бремя болезней» свидетельствуют о том, что примерно 1,71 млрд человек в мире имеют нарушения и заболевания костно-мышечной системы и опорно-двигательного аппарата [15]. Хотя распространенность болезней костно-мышечной системы различается в зависимости от возраста и диагноза, заболевания выявляются у лиц любого возраста во всем мире. Наиболее сильно затронуто такими болезнями население стран с высоким доходом (441 млн человек), далее идут жители западной части Тихого океана (427 млн человек) и региона Юго-Восточной Азии (369 млн человек).

Нарушения и болезни костно-мышечной системы также занимают ведущее место среди факторов инвалидности в мире – на них приходится примерно 149 млн лет жизни, прожитых с инвалидностью, что в глобальном масштабе составляет 17 % всех лет, прожитых с инвалидностью, обусловленной разными причинами.

Учитывая нарастающие потребности, ВОЗ разработала инструмент для оценки потребностей в реабилитационных услугах WHO Rehabilitation Need Estimator и учредила инициативу «Реабилитация 2030: призыв к действиям» в целях привлечения внимания к острой неудовлетворенной потребности в реабилитационных услугах во всем мире и к важности укрепления систем здравоохранения в части предоставления реабилитационных услуг[74],[75].

Общеизвестно, что ортопедические процедуры охватывают весь спектр – от диагностики до хирургии, от имплантатов до устройств экзоскелета, а с технологической точки зрения – от биоматериалов до цифровых инноваций, улучшающих ортопедические результаты.

Хирурги-ортопеды находятся в авангарде новых процедур и технологий для оптимизации ухода за пациентами на основе научно-обоснованного подхода. Примеры включают в себя увеличение использования передовых сплавов, интерфейс опорных поверхностей, нанотехнологических покрытий, а также навигации и роботизированной коррекции для стабилизации основных заболеваний при дегенеративных изменениях и деформациях опорно-двигательного аппарата.

Область ортобиологии в настоящее время является очень перспективной. Недавно American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS, США) объявила о стратегических инвестициях в биологические исследования и разработки, 3D-биопечать, развитие роботизированной техники, внедрение которой произведет революцию. Применение и дальнейшая разработка Finite element modeling будет совершенствоваться[76].

В свою очередь, разработанная Комитетом по устройствам, биопрепаратам и технологиям (DBT, США) Панель управления биологическими препаратами – Biologics Dashboard с доказательной базой биологического продукта будет продолжать развиваться и совершенствоваться[77],[78].

В области ортопедической хирургии имплантаты и инструменты для 3D-биопечати в будущем могут использоваться для лечения различных патологий, с которыми ранее было сложно справиться, применяя материалы, изготовленные из традиционного субтрактивного производства.

Технология 3D-биопечати быстро развивается, уже несколько исследователей работают над технологией печати индивидуальных человеческих тканей и органов. Предполагается, что биопечать будет распределять клетки, биоматериалы и поддерживающие их биологические факторы слой за слоем, образуя живые ткани и аналоги органов [16, 17]. 3D-продукты по-прежнему сталкиваются с множеством проблем, например, выращивание правильного количества функционирующих клеток, достижение соответствующей плотности клеток с сохранением жизнеспособности на протяжении всего процесса печати, но их будущий потенциал может революционизировать регенеративную медицину.

Параллельно развивается и четырехмерная (4D) печать – процесс, использующий интеллектуальные материалы для создания самоконфигурируемых белков, тканей и органов. Объекты с 4D-печатью могут самовосстанавливаться или самостоятельно собираться, изменяя форму своих частей в ответ на меняющиеся условия окружающей среды (температуру, pH, магнитное поле и взаимодействие с растворителем) [18].

Duke University (США) совместно с 4D Nucleome Consortium включились в работу второй фазы исследования для интеграции, анализа и моделирования набора данных для получения полного представления о 4D-нуклеоме. Их цели состоят в том, чтобы идентифицировать пространственно-временные изменения хроматина (4D-нуклеом, или «4DN»), связанные с регенеративными человеческими MuSCs, и понять функциональные последствия дефектов этого механизма при повреждении мышц. В долгосрочной перспективе эта информация может привести к новым стратегиям регенеративного лечения[79],[80].

Национальный исследовательский институт генома человека – National Human Genome Research Institute (NHGRI, США) выделил премию Genomic Innovator на исследования, посвященные анализу молекулярного состава, связанного с неорганическими веществами, кодирующих последовательности ДНК и РНК в геноме. Несмотря на недавние технологические прорывы, позволяющие редактировать геном и эпигеном по желанию и с высокой пропускной способностью, имеется мало данных о детальном молекулярном механизме, контролирующем функцию и активность некодирующих регуляторных ДНК и РНК при нормальном и патологическом состоянии. Это – критический пробел в знаниях, поскольку некодирующие регуляторные области генома могут быть использованы для тонкой настройки программы экспрессии генов, а эффекторы, действующие на эти некодирующие элементы, могут служить мощными молекулярными «ручками» для создания активности некодирующих последовательностей для желаемых клеточных ответов и терапии, что ускорит восстановление пациентов с заболеваниями опорно-двигательного аппарата[81].

Рекомендации, разработанные Centers for Disease Control and Prevention (США), включают Национальный план борьбы с болезнью Альцгеймера, программы «Здоровое старение в действии: продвижение национальной стратегии профилактики», «Инициатива здорового мозга: национальная дорожная карта общественного здравоохранения по поддержанию когнитивного здоровья», «Национальный план действий по борьбе с раком: продвижение стратегий общественного здравоохранения» и Национальную программу общественного здравоохранения по остеоартриту[82],[83],[84],[85],[86].

Перспективность дальнейших исследований определяется национальными инициативами, стратегией и планом действий в области общественного здравоохранения.

Помимо национальных программ в области медицины, многие бизнесструктуры формируют коллаборации с научными институтами для обеспечения трансформации отрасли. Так, по прогнозам в ближайшие годы отрасль по производству ортопедических и медицинских изделий резко вырастет из-за увеличения численности пожилого населения и потребности в медицинских и ортопедических устройствах, которые улучшат качество их жизни. Трейси Аккарди, вице-президент по исследованиям и разработкам в области хирургической робототехники компании Medtronic (США), рассказала, что ее компания работает над внедрением системы роботизированной хирургии (РАН) Хьюго, которая будет модульным и мобильным роботом для мягких тканей от Medtronic с открытой консолью[87],[88]. Система роботизированной хирургии (RAS) Medtronic Hugo™ будет представлять исследовательское устройство с применением технологий вычислений, визуализации и ИИ нового поколения[89].

Одновременно психические, неврологические расстройства и расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ, являются распространенными инвалидизирующими заболеваниями и связаны со значительной преждевременной смертностью. По предварительным оценкам, болезни этой группы зарегистрированы у 10 % взрослого населения земного шара, 20 % детей и подростков имеют какие-либо психические расстройства[90],[91]. По данным ВОЗ, психические расстройства диагностируют у 1 млрд человек, а 3 млн человек ежегодно умирают от злоупотребления алкоголем, один человек умирает каждые 40 секунд в результате самоубийства. В настоящее время миллиарды людей во всем мире пострадали от пандемии COVID-19, которая оказывает дальнейшее влияние на психическое здоровье людей.

Чтобы подчеркнуть масштаб этих проблем и те успехи, которых можно достичь при их решении, группа Всемирного банка совместно с ВОЗ и другими национальными и международными организациями направили свои усилия для включения вопроса психического здоровья в центр глобальной повестки дня в области здравоохранения и развития. Глобальные мероприятия, такие как «Движение иглы: истории о психическом здоровье со всего мира», нацелены на повышение осведомленности о психическом здоровье как о проблеме развития и связанных с этим экономических и социальных издержках бездействия[92].

Согласно исследованию, Global Burden of Disease, всеобъемлющей оценке смертности и инвалидности от болезней, включая неинфекционные заболевания психические, неврологические расстройства и расстройства, связанные с употреблением психоактивных веществ, вносят основной вклад в количественную характеристику заболеваний[93].

Biogen – медтехнологическая компания, базирующаяся в Массачусетсе (США), объявила о сотрудничестве с Apple в исследовании для идентификации цифровых биомаркеров когнитивных нарушений, используя данные со смартустройств, включая iPhone и Apple Watch. Исследователи надеются, что им удастся выявить ранние признаки умеренного когнитивного нарушения, которое является ранним симптомом некоторых форм деменции, включая болезнь Альцгеймера[94].

Как обозначила American Psychiatric Association (США), тревожные и посттравматическое стрессовое расстройства встречаются у 30 % и 15 % женщин в перинатальном и послеродовом периоде соответственно. Оптимальный способ операционализации послеродового или перинатального депрессивного эпизода остается спорным и требует дальнейшего изучения[95].

30 марта 2021 года American Academy of Child and Adolescent Psychiatry’s (США) представила дорожную карту, в которой обозначила четыре ключевых направления для фундаментальных исследований, одним из которых является выявление нарушения регуляции эмоций[96].

Несколько крупных организаций – World Economic Forum’s Global Future Council for Neurotechnologies, Brain Science, Asia-Pacific Economic Cooperation Digital Hub for Mental – поддерживают интеграцию фундаментальных инноваций в психическое здоровье, в которых исследуются возможности ИИ в сфере охраны психического здоровья Health[97],[98].

Brainstorm (Stanford medicine, США) организовали первую в истории лабораторию инноваций в области виртуальной реальности, в которой изучают технологию AR/VR для более точной диагностики заболеваний и улучшения психического здоровья[99].

Здесь изучается новое направление – экспозиционная терапия с использованием виртуальной реальности для пациентов с тревожными и посттравматическим стрессовым расстройством[100].

Qatar Biobank и Qatar Genome Program секвенируют человеческий геном всего населения Катара в надежде определить биомаркеры основного депрессивного расстройства. Также проводятся исследования для установления взаимосвязи между микробиомом кишечника и мозгом для лечения депрессии и других психических заболеваний[101].

Заслуживает внимания революционная экспериментальная система для изучения неврологических расстройств, в том числе умственных нарушений и нарушений развития, перепрограммирование соматических клеток в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и их дифференциация в нейронные линии [19].

Исследователи National Institute on Aging, США работают над выявлением генетических факторов болезни Альцгеймера [20].

National Institutes of Health, США запустили следующую версию программы Accelerating Medicines Partnership по борьбе с болезнью Альцгеймера (AMP AD 2.0), чтобы расширить открытый научный подход с использованием большого объема данных для определения биологических целей при терапевтическом вмешательстве. AMP AD 2.0 поддерживает новые технологии, в том числе передовые направления одноклеточного профилирования и компьютерного моделирования, которые позволят использовать подход точной медицины к разработке терапии[102].

Согласно общегеномному исследованию ассоциаций GWAS выявлены новые генетические варианты, гены и биологические пути, связанные с когнитивной устойчивостью или защитой от проблем с памятью и мышлением, которые обычно развиваются при болезни Альцгеймера. Несмотря на это крупнейшее на сегодняшний день исследование GWAS по когнитивной устойчивости к болезни Альцгеймера, появилась необходимость продолжить дополнительные исследования с большим расовым и экономическим разнообразием[103].

Пандемия, вызванная COVID-19, стимулировала исследования и внедрение полезных биосенсоров и систем, способных получать надежную информацию для предотвращения, обнаружения и смягчения последствий болезни [21]. Между тем по мере нарастания пандемии инструменты цифрового здравоохранения, такие как Internet of Things (IoT), биосенсоры и ИИ, были усовершенствованы для решения двух основных задач – социального дистанцирования и медицинского обслуживания [22].

Установлено, что для повышения качества обслуживания в здравоохранении можно использовать поддержку IoT которая может привести к увеличению ожидаемой продолжительности жизни за счет повышения безопасного ухода за пациентами [23]. Удаленный мониторинг здоровья представляет собой интересную перспективу, которую можно использовать при надлежащей поддержке устройств и продуктов IoT. Предотвращение потенциально опасных для жизни состояний и заболеваний, помощь пожилым людям за счет обеспечения мониторинга общего состояния здоровья, реабилитации (особенно в случаях домашней реабилитации) могут поддерживаться с помощью устройств IoT [24–26].

В ближайшие годы ожидается значительный прогресс в области разработки программного обеспечения для систем здравоохранения. Различные устройства могут быть связаны с помощью передовых программных решений, таких как инструментальная диагностика, устройства МРТ или КТ, связь системы с лабораторными данными, статусом пациента для создания интеллектуальной информационной системы для больницы, что позволит ускорить и улучшить диагностику, выявит медицинские приоритеты и поддержит медицинский персонал в мониторинге и принятии решений о терапии.

Примеры включают изменения в превентивных стратегиях, консультативных методах и диагностических процедурах, более высокий уровень вовлеченности пациентов, системы дистанционного консультирования и лечения для совместной работы медицинских бригад и пациентов на дому, отслеживание истории болезни и более легкий доступ к данным.

Экосистемы здравоохранения включают в себя широкий круг участников (пациенты, врачи, медицинские сестры, компании и государственные органы, поставщики и т. д.), которые, будучи активными частями экосистемы, вынуждены решать глобальные проблемы, генерируя новые знания с внешними участниками, такими как университеты, исследовательские центры.