Тренды развития медицинской науки: Мир, Россия, Москва

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].