Modelowanie komputerowe sercem nowego europejskiego modelu opieki zdrowotnej, stwierdzają uczestnicy konferencji
W Europie potrzebny jest nowy model opieki zdrowotnej, oparty na profilaktyce i przystosowanych do indywidualnych potrzeb systemach ochrony zdrowia, a może być on osiągnięty tylko z wykorzystaniem technologii informacyjnych i komunikacyjnych (TIK) - powiedziała 29 czerwca w Brukseli europejska komisarz ds. społeczeństwa informacyjnego i mediów Viviane Reding uczestnikom konferencji "ICT for Biomedical Sciences 2006" ("TIK na rzecz nauk biomedycznych"). Symulacja komputerowa i modelowanie zostały przywołane jako fundamenty tego nowego modelu. Systemy opieki zdrowotnej w całej Europie stoją przed wielkimi wyzwaniami związanymi z chorobami przewlekłymi, zmianami demograficznymi, brakami personelu pielęgniarskiego, wypadkami medycznymi oraz rosnącymi kosztami. Oczekuje się, że odsetek ludzi w wieku powyżej 65 lat niemal się podwoi do 2050 r. Większa liczba osób starszych będzie wymagała długotrwałej opieki medycznej i pomocy, gwarantujących niezależne życie. Ponadto wzrasta liczba chorób przewlekłych, jak również kosztów ich leczenia. Wszystkie te czynniki zaczynają wywierać dodatkowy nacisk na europejskie systemy opieki zdrowotnej. Do 2050 r. przeciętne wydatki publiczne na opiekę zdrowotną i długoterminową w krajach Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD) mogą wzrosnąć do 10-13 procent produktu krajowego brutto (PKB). Powstającej sytuacji nie da się podtrzymać, jeśli na wszystkich szczeblach nie zostaną podjęte działania zmierzające do zmiany sposobu świadczenia opieki zdrowotnej. W internetowym materiale informacyjnym konferencji komisarz Reding odniosła się do tych wyzwań i mówiła o pracach podjętych przez Komisję Europejską na rzecz wspierania rozwoju nowych technologii poprawiających dostępność i efektywność opieki zdrowotnej dla wszystkich obywateli. Inicjatywy obejmują plan działania eHealth 2004 (e-zdrowie), którego celem jest pobudzanie inwestycji i skuteczne wdrażanie rozwiązań e-zdrowia w całej Europie. Dodatkowo e-zdrowie zostało jednym z 10 priorytetów planu działania e-Europa 2005, który jest kontynuowany jako element inicjatywy i2010. Umiejscowiło to Europę na czołowej pozycji w dziedzinie wykorzystania regionalnych sieci związanych z ochroną zdrowia, rejestrów elektronicznych w podstawowej opiece zdrowotnej i organizacji opieki zdrowotnej. - Świadczenie usług online w ochronie zdrowia, obejmujące szkolenia personelu medycznego, staje się codziennością w wielu regionalnych i narodowych systemach opieki zdrowotnej - powiedziała komisarz Reding, zaznaczając, że branża e-zdrowia gwałtownie rośnie i oczekuje się, że do 2007 r. osiągnie wartość 20 miliardów euro. Lecz na wdrożenie opieki medycznej wykorzystującej rozwiązania TIK trzeba jeszcze trochę poczekać. - Czy ktoś z Państwa wyobraża sobie ogarnięcie przechowywania wiedzy biomedycznej bez komputerów, sieci i bibliotek cyfrowych? Wątpię - powiedziała komisarz Reding. - Ale założę się, że prawdopodobnie mogą Państwo sobie wyobrazić świadczenie usług medycznych bez TIK. - Wyzwaniem jest pobudzenie badań nad TIK na rzecz nauk medycznych. Ale uważam, że połączona branża TIK i biomedyczna mają większy potencjał niż suma ich odrębnych znaczących części - zauważyła komisarz. Komisarz odniosła się do trwających obecnie prac nad programem dotyczącym TIK w siódmym programie ramowym (7. PR), które, według jej słów, skupiać się będą na dwóch głównych osiach badań nad świadczeniem usług medycznych, mianowicie nad dostosowaniem opieki zdrowotnej do indywidualnych potrzeb oraz oddziaływaniem systemów świadczenia opieki zdrowotnej. W pierwszej nacisk zostanie położony na rozwój modelowania i symulacji chorób, służącego leczeniu i operowaniu poprzez "wirtualny symulator człowieka". Będzie to sztandarowe działanie programu, powiedziała komisarz, mające w zamierzeniu umożliwić naukowcom i lekarzom przewidywanie wyniku interwencji chirurgicznej lub oddziaływanie leku na poszczególnych pacjentów z wykorzystaniem modeli oraz technik symulacji i wizualizacji. - To jest nowa dziedzina, w którą Komisja znacząco inwestuje i wpłynie ona na sposób rozumienia chorób przez lekarzy i przeprowadzania operacji przez chirurgów - powiedziała komisarz Reding. - Zapewni ona nowe bezpieczniejsze i bardziej skuteczne leki dzięki temu, że najpierw dokonana zostanie symulacja ich działania na komputerze. Stosowanie generowanych komputerowo ludzkich narządów do testowania oddziaływania leku nie jest nowością. W latach 60. dr Denis Noble z uniwersytetu w Oxfordzie był pionierem w modelowaniu elektrofizjologii komórek sercowych i ich wprowadzania do pierwszych szczegółowych modeli biofizycznych całego organu. Pokazał, że równania matematyczne mogą modelować sposób, w jaki na aktywność elektryczną komórki serca wpływają ruchy jonów sodu i potasu do wewnątrz i na zewnątrz, transportowane przez pompy, kanały umiejscowione w błonie komórkowej. Takie modele ujawniają złożoność serca i sposób wpływania na nie wielu czynników, wśród których niebagatelną rolę grają geny osobnicze. W swojej prezentacji na konferencji dr Noble przedstawił opracowany przez siebie model kanału jonów potasu w sercu, którego zablokowanie może prowadzić do arytmii serca, zaburzenia zwykłego rytmu, które sprawia, że serce pompuje mniej skutecznie. Tego rodzaju arytmie mogą prowadzić do zawrotów głowy, omdleń, bólu w klatce piersiowej i zabijają setki tysięcy ludzi każdego roku. Około 40 procent wszystkich produkowanych leków wywołuje arytmie serca, niezależnie, czy są to leki przeciwnowotworowe, przeciwcukrzycowe czy antyhistaminowe. Jest to jedna z najważniejszych przyczyn niepowodzenia leków w próbach klinicznych. - Symulacja jest obecnie na takim etapie, gdy możemy doradzać przemysłowi farmaceutycznemu, jak projektować leki, by uniknąć tego typu problemów - wyjaśnił dr Noble. Podczas gdy dr Noble modeluje pojedyncze komórki serca, inni naukowcy badają modelowanie struktury i mechaniki serca w skali makro, na przykład bicie samego mięśnia sercowego. Od lat 90. dr Noble współpracuje z profesorem Peterem Hunterem z Uniwersytetu Auckland w Nowej Zelandii w dziedzinie modeli całego serca, których zachowanie odzwierciedla niezależnie obliczone działanie nawet 12 milionów wirtualnych komórek sercowych. Jest to ogromne wyzwanie, zważywszy, że modelowanie pojedynczego uderzenia serca może zająć nawet osiem godzin lub więcej. Oczekuje się, że modele pokażą, jak aktywność elektryczna rodzi się na poziomie komórkowym, jak się rozprzestrzenia na inne komórki i jak elektryczność przekształcana jest w mechaniczny skurcz ściany serca. Modele dostarczą też symulacji tego, w jaki sposób kurczące się ściany powodują przepływ krwi przez serce i jak w całym systemie rozkłada się energia. Choć modelowanie całego serca może się wydawać olbrzymią pracą, jeszcze bardziej przytłaczającym wyzwaniem jest połączenie bogactwa informacji, by umożliwić ustalenie struktury i funkcji na wszystkich poziomach zorganizowania biologicznego. Jest to celem programu STEP, finansowanej przez UE akcji koordynującej w szóstym programie ramowym (6. PR), w ramach której opracowano koncepcję "wirtualnego symulatora człowieka" ("Virtual Physiological Human", VPH) - modeli, które poprawią opis ludzkiego "fizjomu". Projekt VPH prowadzony jest równolegle do większego projektu Physiome, zorganizowanego pod auspicjami Międzynarodowej Unii Nauk Fizjologicznych (IUPS). Koordynator projektu, profesor Gordon Clapworthy z Uniwersytetu Luton w Wielkiej Brytanii, wyjaśnił jego ideę: - [VPH] jest zintegrowanym modelem ludzkiej fizjologii na wielu poziomach, poczynając od organizmu, całego ciała, aż do genomu poprzez narządy, tkanki, komórki, cząsteczki. Jest on próbą integracji wszystkich tych modeli w jeden model. Dlaczego taka idea jest konieczna? - Chodzi o świadczenie opieki zdrowotnej dostosowanej do indywidualnych potrzeb - powiedział profesor Clapworthy. - Można otrzymać pewną ilość danych na temat osoby za pomocą standardowych środków, ale są inne informacje o ludzkiej fizjologii, które mogą być zebrane tylko z wykorzystaniem bardzo inwazyjnych technik. Baza danych zawierająca ogólne informacje gatunkowe na temat ludzkiego ciała, do której można wprowadzać dane konkretnego pacjenta zapewni lekarzowi bogatszy obraz w celu postawienia diagnozy. - Jeśli włączy się [dane pacjenta] do większego modelu, symulacja gatunkowa mogłaby prowadzić do spersonalizowanego obrazowania, na przykład czyjegoś własnego serca - przypuszcza profesor. Projekt łączy dziewięciu partnerów z pięciu państw członkowskich oraz w sumie 100 ekspertów opracowujących "mapę drogową" rozwoju zintegrowanej bazy danych modeli. Celem jest analiza szczegółowa ciała pod różnymi względami i przedyskutowanie sposobu uzyskania spójnych danych, z uniknięciem powielania. - Na świecie dokonuje się wielka oddolna praca, w poszczególnych laboratoriach, zazwyczaj kojarzona z jakimś organem - wyjaśnił prof. Clapworthy. - Próbujemy odejść od wielopoziomowego modelowania odbywającego się w izolacji. Chodzi o to, żeby przy jednym stole zgromadzić wszystkich pracujących w tej dziedzinie. Ale projekt nie polega tylko na badaniach. - Chodzi też o infrastrukturę: jak zapewnić kompatybilność danych i oprogramowania? Jakie wiążą się z tym kwestie etyczne i prawne? Jest mnóstwo niemerytorycznych problemów, którymi należy się zająć, by zagwarantować, że pakiet będzie miał sens - powiedział profesor Clapworthy. - Mając dostęp do bazy danych służących modelowaniu, powiedzmy, chorób genetycznych, myśli się o interfejsie przyjaznym dla użytkownika. Ale to spojrzenie tylko na jedną dziedzinę, należy sobie wyobrazić bazę danych wszystkich narządów ciała - powiedział profesor. - Musimy mieć na względzie długoterminowość, jeśli opracowujemy duże bazy danych, które muszą być współdzielone. Ktoś musi je utrzymywać, ktoś musi stale generować i wprowadzać do nich dane - powiedział profesor Clapworthy. - Więc będziemy myśleć, jak to można osiągnąć, niezależnie od poziomu dostępnych funduszy - powiedział profesor Clapworthy, odnosząc się do 7. PR. Choć branża IT nie jest zaangażowana w konsorcjum, profesor Clapworthy powiedział, że eksperci ze środowiska akademickiego i przemysłu są zaproszeni do uczestnictwa w konferencjach i forach jemu poświęconych. - Jest jasne, że aspekty kliniczne i przemysłowe są kluczowe dla sukcesu projektu w przyszłości - powiedział profesor - Jeśli chcemy być realistami, to oczywiście musimy dysponować akceptacją lekarzy i współpracą przemysłu, które zapewnią dostępność i jakość danych. Oni [przemysł] mogą pomóc nam zrozumieć, jak w najlepszy sposób badania akademickie mogą być zastosowane w kontekście przemysłowym. - Jeśli chodzi o rozwój pierwszego "wirtualnego symulatora człowieka", "zależy za co się go uważa i jak szczegółowy powinien być" - powiedział profesor Clapworthy. - Prawdopodobnie mówimy o około 10 latach, zanim uzyskany poważne oddziaływanie kliniczne. Ale najważniejsze, że dotarła informacja, że to jest na horyzoncie. Myślę, że kiedy rzeczy nabiorą rozmachu, dojdzie do przyspieszenia.