Тренды развития медицинской науки: Мир, Россия, Москва
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.
ИИ и технология блокчейн позволяют непрерывно взаимодействовать между несколькими утилитами, подключенными к пациентам. ИИ помогает ускорить разработку новых вакцин, прогнозировать, какие меры общественного здравоохранения будут наиболее эффективными, и держать общественность в курсе научной информации. Использование больших данных и ИИ полезно для управления данными и информацией, предполагает устойчивые процессы принятия решений государственными и частными организациями, учреждениями, лицами, принимающими решения, и политиками. Новые цифровые технологии в здравоохранении и медицине позволят работникам здравоохранения получить доступ к актуальной информации и принимать участие в решении глобальных проблем.
В целом можно сделать вывод, что новые медицинские технологии, которые войдут в обиход до 2030 года, изменят действующую систему здравоохранения:
Технологии самодиагностики. Специальные мобильные приложения, носимые устройства и инструменты позволят видеть результат диагностики, следить за состоянием своего здоровья.
Сложные системы диагностики, включая диагностические системы многофакторного статистического анализа количественных и качественных данных о низко- и высокомолекулярных маркерных молекулах; протеомные и геномные биомаркеры.
Лекарственные средства и системы их адресной доставки.
Системы прижизненной неинвазивной визуализации, в т. ч. позитронноэмиссионные томографы и контрасты для визуализации ультравысокого разрешения; магниторезонансные томографы ультравысокого разрешения; системы визуализации на основе биофизических характеристик сред организма (эффекта Доплера и т. п.).
1.4. Переход к новой парадигме медицины
Становление новой парадигмы здравоохранения характерно для всех государств мира. В XX веке в развитых странах стратегия здравоохранения неоднократно пересматривалась. В наши дни центр внимания переносится не только на пациента или человека из группы риска, но и на воспроизводство здорового населения, заботу о рождении здорового ребенка. В последние годы на государственном уровне в развитых странах стали признавать межотраслевой характер охраны здоровья граждан. Становление новой парадигмы всегда происходит в рамках старой благодаря появлению новых альтернативных теорий и идей, когда существовавший ранее консенсус относительно старой парадигмы нарушен, а новые факторы внешней и внутренней среды обуславливают необходимость новой парадигмы. Таким образом, смена парадигмы представляет собой качественный скачок в мировоззрении, который требует научного осмысления.
До недавнего времени в здравоохранении преобладала «биомедицинская модель». Это казалось очень полезным, но в этой парадигме тело – это механизм, и задача системы «здравоохранения» в значительной степени состояла в том, чтобы «починить» его, когда механизм поврежден или сломан. Однако биомедицинская модель и связанный с ней подход к здравоохранению не оправдал себя в качестве основы для понимания и вмешательства в очень сложные системы, которые включают психологические и социальные факторы.
Рост числа заболеваний, связанных с образом жизни, подчеркивает дополнительную необходимость в превентивных стратегиях. По данным Всемирной организации здравоохранения, на пять основных заболеваний – сердечно-сосудистые, сахарный диабет, рак, хронические респираторные заболевания и расстройства психического здоровья – приходится примерно 86 % смертей в Европейском регионе. По оценкам ВОЗ, 80 % сердечно-сосудистых заболеваний, 90 % случаев сахарного диабета 2-го типа и треть случаев онкологических заболеваний можно предотвратить, прежде всего, за счет улучшения диеты и образа жизни[104].
В июле 2021 года Глобальный институт McKinsey, США сообщил, что с помощью технологий, которые уже существуют сегодня, глобальное бремя болезней может быть уменьшено примерно на 40 % и активный средний возраст продлен на 10 % в течение следующих десятилетий и более чем на 70 % – за счет устранения, социальных факторов, расширения доступа к вакцинам и профилактической медицине, создания более чистой и безопасной окружающей среды, поощрения здорового образа жизни[105].
США в 2021 году приняли на национальном уровне решение о необходимости восстановления общественного здоровья[106]. Здоровый образ жизни, здоровые люди являются стратегической целью общественного здравоохранения и в Англии. Опубликованный там документ «PHE Strategy 2020 to 2025» содержит дорожную карту к достижению поставленной цели[107].
Кроме этого, исполнительный директор NHS England Саймон Стивенс запустил долгосрочный план NHS, который предусматривает действия по обеспечению быстрой и необходимой помощи пациентам с уменьшением нагрузки на медицинские учреждения – «новая модель обслуживания для XXI века», что существенно изменит порядок оказания первичной медико-санитарной помощи[108]. Новыми направлениями обслуживания пациентов станут центры неотложной помощи, которые будут работать по принципу «неотложной помощи в тот же день» без необходимости госпитализации. Эта модель будет внедрена во всех больницах неотложной помощи, увеличивая долю неотложных госпитализаций и выписывая пациентов в день обращения. Новые клинические стандарты гарантируют, что пациенты с самыми серьезными неотложными состояниями получат наилучшую возможную специализированную помощь, при этом загрузка больничных коек снизится.
В эксклюзивном интервью доктор медицинских наук, генеральный директор Johns Hopkins Medicine Пол Ротман предположил, что прогностическая и точная медицина, как и ИИ, изменят будущее медицины[109].
Национальная служба здравоохранения (NHS) Англии предложила цифровой вариант первичной медико-санитарной помощи, который позволит проводить более длительные и существенные консультации с врачами там, где пациенты хотят или нуждаются в этом. Первичная помощь и амбулаторные услуги будут изменены на модель многоуровневой эскалации – в зависимости от потребностей больного. Врачи будут получать поддержку с помощью цифровых инструментов. В случае заболевания пациенты смогут находиться в собственном доме, а их физиологические параметры будут легко контролироваться с помощью носимых устройств. Такая система поможет своевременно обращаться к врачам, что позволит на раннем этапе диагностировать заболевания, сохранить и укрепить здоровье, и тем самым продлит годы жизни с помощью цифровых инструментов[110].
Развитие иммерсивной виртуальной реальности (IVR) вызывает большой интерес к ее возможному использованию в хирургии, трансплантологии, психиатрии, а также в качестве нефармакологической адъювантной анальгезии [27–30].
По мере того, как технологии и обмен данными становятся более распространенными, здравоохранение переходит на более прогнозирующий характер, а цифровизация здравоохранения развивается, что приводит к появлению новых методов оказания медицинской помощи. По данным консалтинговой компании Frost&Sullivan, к 2025 году выручка мировой индустрии здравоохранения превысит 2,6 трлн долларов по сравнению с 2 трлн долларов в 2020 году, причем большая часть этого роста будет обеспечена за счет ИИ и телездравоохранения[111].
По словам Томаса Кизау, директора и лидера в области цифрового здравоохранения консалтинговой фирмы Chartis Group, наряду с увеличением количества носимых устройств ИИ будет ключевым аспектом этого изменения[112]. Подключенные устройства, как потребительского, так и клинического уровня, станут более распространенными, помогая врачам получать данные от пациентов в режиме реального времени для объективной оценки их состояния здоровья.
Эксперты считают, что в 2021 году повысится спрос на виртуальную медицинскую помощь, поскольку возможности виртуального ухода расширяются при дальнейшей интеграции с персональным уходом для всех областей медицины [31–35].
С развитием технологий «hospital at home» больница на дому станет реальностью. По данным Chartis Group, скоро появятся новые неклинические пункты оказания помощи, которые станут насущной необходимостью в период пандемии COVID-19[113].
2 ноября 2020 года в рамках подготовки консультации стран – членов Европейской комиссии для софинансируемого Европейского партнерства по персонализированной медицине, ICPerMed вместе с ERA PerMed разработали концептуальный документ, который был официально передан Европейской комиссии по персонализированной медицине – EP PerMed. В этом документе стороны подчеркнули необходимость создания Европейского партнерства по персонализированной медицине и предложили свое видение EP PerMed, его целей, деятельности и ожидаемого воздействия[114],[115].
В постпандемическую эпоху персонализированное медицинское решение приобретет все большее значение, поскольку медицинские эксперты видят, что технологические достижения приводят к изменению парадигмы в медицинской сфере для обеспечения эффективного лечения[116].
Как было отмечено на международной конференции «Health Next 2021 Global Health and Innovation Conference», организованной IIHMR (Джайпур, Индия), персонализированное медицинское обслуживание – это необходимость времени, и права на данные действия будут предоставлены развивающейся индустрии «precision medicine» – точной медицине[117],[118].
Индустрия точной медицины сочетает молекулярную и системную биологию для поиска способов предотвращения и лечения заболеваний. Она позволяет врачам выбирать методы лечения на основе генетического понимания болезни пациента, а также различий в окружающей среде и образе жизни, чтобы назначать лечение на их индивидуальных особенностях. Такой подход сведет к минимуму последствия непредвиденных побочных эффектов и сэкономит затраты на лечение. Это особенно важно для поиска методов лечения неврологических заболеваний, число которых, как ожидается, будет расти с увеличением продолжительности жизни и ростом населения[119].
В 2015 году в США была создана Инициатива точной медицины (PMI), целью которой является внедрение концепции точной медицины в традиционную медицину[120]. PMI объединилась с Департаментом по делам ветеранов и FDA для наращивания потенциала исследований и сбора данных, а также для расширения использования индивидуальной медицины в лечении заболеваний.