Сайт является результатом работы в рамках совместного исследования Российского научного фонда, Федерального агентства научных организаций и Центра стратегических разработок «Северо-Запад» по прогнозированию перспектив научного развития с целью корректировки приоритетов научных организаций.

При использовании материалов ссылка на сайт обязательна

Биомедицина
Основные вызовы и тенденции развития направления
Дополнительные материалы доступны по ссылке
Большие вызовы тематики
Вызов – крупная проблема социально-экономического, научно-технологического, экологического или иного характера, требующая принятия комплексных мер, направленных на ее решение на национальном или глобальном уровне.

«Большие вызовы» (Grand challenges) – совокупность проблем и возможностей, реакцию на которые общество и государство признают на данный период времени своей главной задачей. Вызовы относятся к разряду «больших», если обладают следующими характеристиками:
(1) затрагивают ключевые общественные блага: безопасность, здоровье и качество жизни людей, доступность ресурсов экономического роста и развития, устойчивость развития, главные этические ценности;
(2) несут в себе системные риски для критически важных инфраструктур и общественных систем страны, либо отражают большие потенциальные, но автоматически не реализуемые возможноcти социально-экономического развития;
(3) требуют коренной перестройки общественных процессов, способов действия государства, гражданского общества, бизнеса, их выхода за пределы доступных знаний и используемых технологий;
(4) актуальны в долгосрочной перспективе;
(5) достигают таких масштабов, что для ответа на них требуется системное государственное действие, выходящее за рамки отдельных ведомств, отраслей управления и уровней власти, а также партнерство государства и общества;
(6) зафиксированы в качестве вызовов в документах стратегического планирования и международно-правовых документах.
Активное долголетие
По результатам анкетирования, %
N=25
Увеличение продолжительности жизни является
наибольшим запросом со стороны общества; на
протяжении долгого времени активно ведутся
исследования вопросов долголетия, анализ
того, как внешние или внутренние факторы
могут влиять на изменение продолжительности
жизни.
Отсутствие лечения для ряда социально значимых заболеваний
По результатам анкетирования, %
N=25
Несмотря на значительные успехи в биомедицине,
в XXI веке человечество продолжает страдать от рака, ВИЧ, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний. Поиск лечения для них – серьезный вызов медицинским исследованиям.
Повышение качества диагностики
По результатам анкетирования, %
N=25
Поиск способа совместить раннюю сверхточную диагностику и неинвазивное лечение. Вызов наиболее актуален для онкологии.
Повышение качества жизни
По результатам анкетирования, %
N=25
Здоровье определяет качество жизни людей; повышение качества жизни населения зафиксировано
на межгосударственном уровне как одна из важнейших задач государства.
Вызовом является поиск способов лечения, которые позволят легче адаптироваться в социальную жизнь.
Преодоление значительного отставания от западных стран
По результатам анкетирования, %
N=25
Вызов, специфичный для российской исследовательской повестки, – технологическое отставание. Необходимо
не только развивать гипотезы и создавать прототипы,
но и повсеместно масштабировать технологии.
Сложность выведения на рынок новых лекарств
По результатам анкетирования, %
N=25
В период с 2011 г. до начала 2016 г. в России вышло
на рынок и зарегистрировано менее 20 новых препаратов.
Импортозамещение основных лекарств, приборов и расходных материалов
По результатам анкетирования, %
N=25
Российская фарминдустрия испытала катастрофическое падение в период распада СССР, и начала медленно восстанавливаться только с 2011 г. До сих пор российские производители обеспечивают только 20% рынка, фармацевтическая и медицинская промышленность
во многом зависят от иностранных партнеров. Экономические санкции в отношении фармацевтической промышленности, индустрии и высокотехнологичного медицинского оборудования создают значительный вызов для национальных биомедицинских исследований.
Мегатренды

Мегатренды – формирующиеся в течение десятилетий крупные изменения, которые влияют
на многие сферы деятельности и процессы, на восприятие и мировоззрение человека,
побуждают к развитию науку и общество.
Аналитика больших данных
По результатам анкетирования, %
N=23
Будущее биомедицинских исследований – использование больших данных. Они становятся всё доступнее и разнообразнее, позволяя выявить причинно-следственные связи между состоянием здоровья, генами, окружающей средой и образом жизни.

Сегодня в мире есть несколько крупных баз медицинских данных, таких как ProteomicsDB (5.17 TB), GeneCards (149 992 генома).
В этой сфере появились и крупные государственно-частные партнерства, такие как Национальная сеть исследований, ориентированных на пациента (National Patient-Centered Research Network), и консорциум Optum Labs, объединяющий академические учреждения, систему здравоохранения и другие группы интересов.

Фармацевтические гиганты GlaxoSmithKline, Sanofi и Pfizer договорились открыть исследователям доступ к данным своих клинических испытаний. В США действует инициатива Big Data
to Knowledge (запущена в 2012 году Национальным институтом здоровья), а в рамках Стэнфордской инициативы Biomedical Data Science исследователи уже моделируют молекулярное взаимодействие, чтобы ускорить открытие новых лекарств
и по-новому взглянуть на существующие.
Молекулярные механизмы регенерации
По результатам анкетирования, %
N=23
Регенеративная медицина – молодое понятие, но уже сейчас благодаря клеточным технологиям можно излечить более
80 тяжелейших заболеваний, а исследования и разработки охватывают весь спектр проблем от онкологии до косметологии.

Большой потенциал для регенеративной медицины –
у технологий 3D-печати органов (биопечати). Сейчас срок жизни образцов ткани составляет 40 дней. По оценкам Organovo, лидера на рынке биопечати, после 2020 г. с помощью этих технологий можно будет заменить отдельные части органов, а 3D-печать полноценных органов станет возможна после 2025 г.
Технологии модификации генома
По результатам анкетирования, %
N=23
Большинство людей, живущих в настоящее время, уже имеют
или будут иметь результаты секвенирования их генома. Мы являемся свидетелями зарождения эры персонализированной медицины, где каждый может получить индивидуальную терапию в специально подобранных дозах. По прогнозам, анализ ДНК будет делаться еще до выписки лекарств.

В феврале 2016 г. в Великобритании, впервые в Европе, было получено разрешение модифицировать геном человеческого эмбриона с помощью технологии CRISPR/Cas9. Один
из перспективных вариантов использования этой технологии – «починка» систем самоуничтожения в раковых клетках, что позволит остановить бесконтрольный рост опухоли. Правда,
для этой цели технология еще недостаточно точна и нуждается
в совершенствовании.

Возможность интерпретировать геномы и отслеживать молекулярные изменения вызовет прорыв в медицине. Станет проводиться сверхранняя диагностика на основе изменений
в экспрессии генов, до появления любых симптомов заболевания.

Существующие технологии будут дополнены новыми более точными и гибкими инструментами – оптогенетикой, одноклеточным подходом, синтезом молекул. Применение им найдется и за пределами медицинской геномики: например,
для создания большой сети секвенаторов. На базе такой сенсорной сети можно построить цифровую иммунную систему, которая будет распознавать состав вирусов, микробов и других агентов в окружающей среде и позволит предотвращать эпидемии.

Исследование когнитивных функций
По результатам анкетирования, %
N=23
Прогнозируется, что XXI век станет веком исследования возможностей мозга. Над подобными исследованиями работает ряд проектов.

Проект «Человеческий мозг», финансируемый Европейской комиссией, направлен на создание новой вычислительной платформы для исследований в области нейрологии
и способностей мозга. Цель проекта – катализировать принимаемые усилия с целью понять человеческий мозг, его болезни, и, в конечном счете, подражать его вычислительным способностям. В проект вовлечено порядка 100 исследователей, стоимость проекта достигает 1,1 млрд евро.

Масштабный проект реализуется Стэнфордским университетом, где ведется работа над печатной платой, способной имитировать поведение человеческого мозга. Созданная «Схема нейросети» может воспроизвести работу 1 млн человеческих нейронов
благодаря компьютерным чипам, которые в 9000 раз быстрее, чем обычный компьютер.
Биочипирование для сбора
и внедрения информации
По результатам анкетирования, %
N=23
Биосенсоры можно использовать внутри организма, чтобы получать данные о молекулярных взаимодействиях в режиме реального времени. Небольшие перевариваемые сенсоры можно помещать в капсулы лекарств, которые затем будут передавать данные, например, о температуре, работе сердца и легких врачам и членам семьи. Таким образом, станет чрезвычайной сложно
не выполнять назначения врача. В случае заболеваний желудочно-кишечного тракта такие сенсоры обеспечат мгновенное и постоянное диагностирование на основе результатов анализа биомаркеров и колоноскопии. Также такие виды сенсоров смогут измерять и объяснять то, как клетки пищевых трактов реагируют на стресс. Сенсоры, установленные
в зубах, смогут распознавать движение челюсти, чихание
и кашель, даже курение. Другое направление разработки
и использования биосенсоров – исследование медицинской продукции на токсичность и эффекты. В лабораториях будущего
с их помощью ученые смогут предсказывать действие того
или иного медицинского препарата – для этого достаточно будет прямо на биосенсоре проследить, как лекарство или вакцина взаимодействует с живой тканью.

Новые варианты применения биосенсоров – это, например, многомерные сенсоры болевых ощущений Одни из наиболее передовых наносенсоров были созданы с использованием инструментов синтетической биологии, чтобы изменить одноклеточные организмы типа бактерий. Целью здесь является разработка простых биокомпьютеров, использующих ДНК
и протеины, чтобы распознать специфические химические вещества, сохранить несколько бит информации, а затем сообщить свой статус через изменение цвета или какие-то другие определенные сигналы.
Конвергенция наук
и междисциплинарность
По результатам анкетирования, %
N=23
Информационные технологии постепенно становятся неотъемлемой частью науки и рассматриваются как возможное решение возникающих вызовов.

Использование систем искусственного интеллекта
для поддержки принятия решений для врачей уменьшает количество ошибок и повышает качество медицинской помощи.

Компания Microsoft объявила о четырех новых инициативах, направленных на использование искусственного интеллекта
в области здравоохранения: исследователи усиленно работают над тем, чтобы решить проблему рака, посредством методов машинного обучения для таких задач, как анализ опухолей
и разработка новых режимов приема лекарств. Другие проекты нацелены на детальное моделирование того, как развивается рак в органах пациентов; наиболее амбициозный проект – Moonshot, усилия которого направлены на создание биологических клеток, которые могут быть запрограммированы как компьютеры.

Лечение рака – наиболее распространенная сфера, где использование систем искусственного интеллекта наиболее распространено. Виды рака разнообразны, с сотнями различных комбинаций. Проект Ганновер от Microsoft стремится помочь врачам сузить свой поиск правильного режима лекарств, просеивания через медицинских работ, чтобы предложить наиболее эффективные методы лечения.

IBM работает над аналогичным проектом, используя 600 000 медицинских записей и 1,5 миллиона записей о пациентах
для изучения лучших методов лечения рака. DeepMind Google ведет подобные проекты в Великобритании: исследователи работают с больницей University College, над разработкой инструмента прямого излучения для лечения рака головы и шеи,
а также изучают системы раннего обнаружения для глазных болезней.

Телемедицина
Повсеместное распространение телемедицины и удаленной диагностики указывает на то, что медицинская экспертиза, лабораторные испытания в скором времени будут доступны
из дома. При этом разворачиваются дискуссии о том, должна ли медицинская практика становиться полностью цифровой.

Семантический анализ высоко цитируемых статей (10% самых цитируемых статей от общего количества, при генеральной совокупности >5000, иначе – первые 500 статей),
опубликованных в период 1990-2004 гг.
По данным Web of Science.
Кластеры точек демонстрируют близость слов в тексте статей. Размер точки зависит от частоты употребления слова.
Locally grown grape is cheap and very juicy
Семантический анализ высоко цитируемых статей (10% самых цитируемых статей от общего количества, при генеральной совокупности >5000,
иначе – первые 500 статей),
опубликованных в период 2005-2016 гг.
По данным Web of Science
Кластеры точек демонстрируют близость слов в тексте статей.
Размер точки зависит от частоты употребления слова.
Таймлайн основных событий развития биомедицины
Источник: ЦСР "Северо-Запад" по результатам анкетирования, интервью, экспертных семинаров
Таймлайн основных событий развития биомедицины
Источник: ЦСР «Северо-Запад» по материалам Futuretimeline.net, Deloitte, Imperial Tech Foresight, ODASA(R&T), ООН
Made on
Tilda