Виртуальный физиологический человек: Европейская инициатива и перспективы развития.

Введение

Виртуальный физиологический человек (VPH) – это европейская инициатива, сосредоточенная на методологической и технологической базе, которая, после создания, позволит проводить совместные исследования человеческого тела как единой сложной системы. Эта общая база позволит обмениваться ресурсами и данными, полученными различными учреждениями и организациями, создавая разрозненные, но взаимосвязанные компьютерные модели механических, физических и биохимических функций живого человеческого организма. VPH – это структура, стремящаяся быть описательной, интегративной и прогностической. Клапворти и др. отмечают, что эта структура должна быть описательной, позволяя "собирать, каталогизировать, организовывать, обмениваться и комбинировать любыми возможными способами" лабораторные и клинические наблюдения со всего мира. Проект был направлен на создание и предоставление центрального хранилища баз данных, объединяющего экспериментальные данные и вычислительные модели из множества лабораторий в единую, самосогласованную систему. После запуска проекта "Физиом" появилось множество других международных инициатив, представляющих собой слабо связанные между собой усилия, направленные на разработку методов моделирования и симуляции человеческой патофизиологии. В 2005 году в рамках конференции по функциональной визуализации и моделированию сердца в Барселоне был проведен экспертный семинар по "Физиому", на котором была представлена аналитическая записка под названием "На пути к Виртуальному физиологическому человеку: многоуровневое моделирование и симуляция анатомии и физиологии человека". Целью этой записки было формирование четкого обзора текущих релевантных мероприятий в области VPH, достижение консенсуса относительно того, как их можно дополнить новыми инициативами для исследователей в ЕС, а также определение возможных среднесрочных и долгосрочных исследовательских задач. В 2006 году Европейская комиссия профинансировала координационную и поддерживающую акцию под названием STEP: "Структурирование Еврофизиома". Консорциум STEP содействовал достижению значительного консенсуса с участием более 300 заинтересованных сторон, включая исследователей, экспертов промышленности, представителей власти, врачей и др. Основным результатом этого процесса стала брошюра под названием "Посев Еврофизиома: дорожная карта к Виртуальному физиологическому человеку". Брошюра выпущена Европейской комиссией и направлена на поддержку разработки компьютерных моделей, адаптированных для конкретных пациентов, и их применения в персонализированной и прогностической медицине. Сеть передового опыта "Виртуальный физиологический человек" (VPH NoE) направлена на объединение различных проектов VPH в рамках 7-й рамочной программы.

The Virtual Physiological Human (VPH) is a European initiative that focuses on a methodological and technological framework that, once established, will enable collaborative investigation of the human body as a single complex system. The collective framework will make it possible to share resources and observations formed by institutions and organizations, creating disparate but integrated computer models of the mechanical, physical and biochemical functions of a living human body. VPH is a framework which aims to be descriptive, integrative and predictive. Clapworthy et al. state that the framework should be descriptive by allowing laboratory and healthcare observations around the world "to be collected, catalogued, organized, shared and combined in any possible way." The project focused on compiling and providing a central repository of databases that would link experimental information and computational models from many laboratories into a single, self consistent framework. Following the launch of the Physiome Project, there were many other worldwide initiatives of loosely coupled actions all focusing on the development of methods for modelling and simulation of human pathophysiology. In 2005, an expert workshop of the Physiome was held as part of the Functional Imaging and Modelling of the Heart Conference in Barcelona where a white paper entitled Towards Virtual Physiological Human: Multilevel modelling and simulation of the human anatomy and physiology was presented. The goal of this paper was to shape a clear overview of on going relevant VPH activities, to build a consensus on how they can be complemented by new initiatives for researchers in the EU and to identify possible mid term and long term research challenges. In 2006, the European Commission funded a coordination and support action entitled STEP: Structuring The EuroPhysiome. The STEP consortium promoted a significant consensus process that involved more than 300 stakeholders including researchers, industry experts, policy makers, clinicians, etc. The prime result of this process was a booklet entitled Seeding the EuroPhysiome: A Roadmap to the Virtual Physiological Human. of the European Commission, and aims to support the development of patient specific computer models and their application in personalised and predictive healthcare. The Virtual Physiological Human Network of Excellence (VPH NoE) aims to connect the various VPH projects within the 7th Framework Programme.

Цели инициативы

Европейская комиссия выделила значительное финансирование проектам, связанным с физиологическими моделями человека (ФМЧ), для дальнейшего развития науки в этой области. Европейская комиссия настаивает на том, чтобы проекты, связанные с ФМЧ, демонстрировали активное участие промышленности и четко определяли путь перехода от фундаментальных исследований к клинической практике. Использование компьютерного моделирования и тестирования лекарственных препаратов in silico также может сократить потребность в экспериментах на животных. В перспективе ставится цель перейти к более целостному подходу в медицине, рассматривающему организм как единую многоорганную систему, а не как совокупность отдельных органов. Современные интегративные инструменты должны способствовать дальнейшему совершенствованию европейской системы здравоохранения на различных уровнях, включая диагностику, лечение, уход за пациентами и, в особенности, повышение качества жизни.

Остеопоротик Виртуальный Физиологический Человек

VPHOP (Остеопоротический виртуальный физиологический человек) – это европейский исследовательский проект по остеопорозу в рамках инициативы «Виртуальный физиологический человек». С использованием современных технологий остеопоротические переломы удается предсказать с точностью менее 70%. Требуются более эффективные методы профилактики и диагностики остеопоротических переломов. Современные прогнозы переломов основаны на анамнезе и результатах обследования, позволяющих выявить ключевые факторы, повышающие вероятность остеопоротического перелома. Такой подход чрезмерно упрощает механизмы, приводящие к остеопоротическому перелому, и не учитывает множество иерархических факторов, свойственных каждому конкретному человеку. Эти факторы охватывают уровни от клеточного до организменного. Анатомия опорно-двигательного аппарата и нейромоторный контроль определяют спектр суточных нагрузок, включая парафизиологические события перегрузки. Переломы происходят на уровне органа и зависят от упругости и геометрии кости. Упругость и геометрия кости определяются морфологией тканей. Клеточная активность изменяет морфологию и состав тканей с течением времени. Компоненты внеклеточного матрикса являются ключевыми факторами, определяющими прочность тканей. Точность прогнозирования может быть значительно повышена при использовании более детерминированного подхода, учитывающего эти факторы и их индивидуальные вариации. Целью проекта «Остеопоротический виртуальный физиологический человек» является повышение точности алгоритмов прогнозирования переломов при остеопорозе.