Онлайн доклады

Онлайн доклады

Актуальные вопросы офтальмологии

Актуальные вопросы офтальмологии

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Вебинары компании  «Акрихин»

Вебинары компании «Акрихин»

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Грибковые поражения глаз Всероссийская научно-практическая  конференция

Грибковые поражения глаз Всероссийская научно-практическая конференция

Sochi Cornea 2021 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Sochi Cornea 2021 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Пироговская офтальмологическая академия

Пироговская офтальмологическая академия

Актуальные вопросы офтальмологии. Круглый стол компании «Бауш Хелс»

Актуальные вопросы офтальмологии. Круглый стол компании «Бауш Хелс»

Лечение глаукомы: инновационный вектор. II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Лечение глаукомы: инновационный вектор. II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Роговица V Новые достижения и перспективы

Конференция

Роговица V Новые достижения и перспективы

Научно-образовательные вебинары

Научно-образовательные вебинары

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2020

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2020

Расширенное заседание Экспертного Совета по проблемам глаукомы и группы «Научный авангард»

Конгресс

Расширенное заседание Экспертного Совета по проблемам глаукомы и группы «Научный авангард»

Сателлитные симпозиумы в рамках XII Съезда Общества офтальмологов России

Сателлитные симпозиумы в рамках XII Съезда Общества офтальмологов России

Современные технологии лечения заболеваний глаз. Научно-практическая конференция

Конференция

Современные технологии лечения заболеваний глаз. Научно-практическая конференция

Пироговский офтальмологический форум

Конференция

Пироговский офтальмологический форум

Новые технологии в офтальмологии. Посвящена 100-летию образования Татарской АССР

Конференция

Новые технологии в офтальмологии. Посвящена 100-летию образования Татарской АССР

Инновационные технологии диагностики и хирургического лечения патологии заднего отдела глазного яблока и зрительного нерва Межрегиональная научно-практическая конференция

Конференция

Инновационные технологии диагностики и хирургического лечения патологии заднего отдела глазного яблока и зрительного нерва Межрегиональная научно-практическая конференция

Особенности нарушения рефракции в детском возрасте Межрегиональная научно-практическая конференция

Конференция

Особенности нарушения рефракции в детском возрасте Межрегиональная научно-практическая конференция

Инновационные технологии диагностики, терапии и хирургии патологии переднего отдела глазного яблока, глаукомы и придаточного аппарата органа зрения Межрегиональная научно-практическая конференция

Конференция

Инновационные технологии диагностики, терапии и хирургии патологии переднего отдела глазного яблока, глаукомы и придаточного аппарата органа зрения Межрегиональная научно-практическая конференция

Онлайн доклады

Онлайн доклады

Актуальные вопросы офтальмологии

Актуальные вопросы офтальмологии

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Сателлитные симпозиумы в рамках 18 Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии лечения витреоретинальной патологии»

Вебинары компании  «Акрихин»

Вебинары компании «Акрихин»

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Восток – Запад 2021 Международная онлайн конференция

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Белые ночи - 2021 Сателлитные симпозиумы в рамках XXVII Международного офтальмологического конгресса

Грибковые поражения глаз Всероссийская научно-практическая  конференция

Грибковые поражения глаз Всероссийская научно-практическая конференция

Sochi Cornea 2021 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Sochi Cornea 2021 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Пироговская офтальмологическая академия

Пироговская офтальмологическая академия

Актуальные вопросы офтальмологии. Круглый стол компании «Бауш Хелс»

Актуальные вопросы офтальмологии. Круглый стол компании «Бауш Хелс»

Лечение глаукомы: инновационный вектор. II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Конференция

Лечение глаукомы: инновационный вектор. II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием

Роговица V Новые достижения и перспективы

Конференция

Роговица V Новые достижения и перспективы

Научно-образовательные вебинары

Научно-образовательные вебинары

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2020

Сателлитные симпозиумы в рамках РООФ-2020

Все видео...
 Литература  Полный текст

Зрение будущего: 2020 и выше – 5 важнейших тенденций в научных исследованиях в области офтальмологии


    Резюме

    Офтальмология всегда находилась на переднем крае инноваций в фундаментальной науке и клинических исследованиях.

    Многоцентровые рандомизированные проспективные клинические исследования, сравнительные клинические исследования, разработка и внедрение в клиническую практику диагностического и лечебного оборудования, мощная комбинация биомедицинской статистики и эпидемиологии, генная терапия, применение стволовых клеток, регенеративная медицина, искусственный интеллект и развитие персонализированной молекулярной медицины продолжают продвигать нас вперед. В этой статье кратко рассмотрены важнейшие тенденции в научных исследованиях в области офтальмологии. Инновационные научно-клинические исследования продолжают внедрять новые методы лечения заболеваний сетчатки, приводящих к слепоте. Открытие генома человека предвосхитило день, когда развитие молекулярных технологий и знания о патогенезе заболеваний позволит не только лечить заболевания, но и добиваться полного излечения. Спустя годы исследований генная терапия стала реальностью для единственного аутосомно-рецессивного заболевания с биаллельной мутацией – врожденного амавроза Лебера. Успех в лечении этого заболевания проложил путь для тысячи других патологий, ранее считавшихся неизлечимыми. Параллельно с захватывающей дух скоростью происходит прогресс в сфере применения плюрипотентных стволовых клеток, иммуномодулирования, вычислительной биологии и продолжаются исследования фундаментальных механизмов клеточной и молекулярной биологии. Следующая декада обещает быть самой захватывающей в истории медицины. Чрезвычайно важно, чтобы развитие науки представляло собой тщательно продуманный, этический и совместный процесс, который обеспечивает сохранность доверия к нашей работе, в том числе со стороны общества, которому мы служим.

    Представлено в качестве Международной почетной лекции на съезде Азиатско-Тихоокеанского витреоретинального сообщества в ноябре 2019 г. в Шанхае, Китай.

    Генная терапия

    Наследственные заболевания сетчатки представляют собой группу заболеваний с гетерогенными мутациями, общим результатом которых является прогрессирующая гибель фоторецепторов, приводящая к слепоте. К дегенерациям сетчатки относятся многофакторные заболевания, такие как возрастная макулярная дегенерация (ВМД), врожденный амавроз Лебера 2-го типа, болезнь Штаргардта и пигментная тапеторетинальная абиотрофия. В настоящее время дегенерации сетчатки являются неизлечимыми заболеваниями.

    Офтальмология находится в авангарде генной терапии, на которую возлагают надежды на появление лечения этих заболеваний. В настоящее время проводятся клинические исследования методов лечения ахроматопсии, хориодермии, MERTK-ассоциированной пигментной тапеторетинальной абиотрофии, врожденного амавроза Лебера 2-го типа, наследственной оптической нейропатии Лебера, неоваскулярной формы ВМД, пигментной тапеторетинальной абиотрофии, болезни Штаргардта, синдрома Ушера 1В, Х-сцепленной пигментной тапеторетинальной абиотрофии и Х-сцепленного ретиношизиса (www.clinicaltrials.gov).

    Первый успешный продукт генной терапии был разрешен к применению при наследственных заболеваниях Комитетом по контролю качества продуктов питания и лекарственных препаратов США (FDA) в декабре 2017 г. Следует отметить, что в качестве показания к применению указано не определенное заболевание, а «для лечения пациентов с дистрофией сетчатки, ассоциированной с подтвержденной биаллельной мутацией в гене RPE65» [1, 2]. Это важное наблюдение подчеркивает ключевое различие между традиционной фармакотерапией и генной терапией, для которой различные клинические фенотипы могут иметь общую генетическую основу. Получению разрешения к применению предшествовали два десятилетия исследований по выявлению мутации, вызывающей врожденный амавроз Лебера 2-го типа, разработке экспериментальной модели [3], методик вирусной трансфекции и определению биомаркеров для оценки эффективности [2, 4–7].

    Возможность разработки экспериментальной модели для исследования генной терапии на животных является ключевым этапом, предшествующим клиническим исследованиям.

    Глаз словно создан для таргетной генной терапии. Его уникальность как иммунологически привилегированного органа, который по большей части изолирован от системного иммунного ответа, состоит в том, что клетки сетчатки не делятся, и это вкупе с их малым размером является исключительным преимуществом в сравнении с другими мишенями для генной терапии. Эти преимущества являются ключевыми факторами успеха генной терапии: изолированный орган/ ткань-мишень с небольшой вероятностью развития побочного эффекта, способность трансфицированных клеток сетчатки сохранить продукцию трансгена на всю жизнь, а также малый объем распределения. Перечисленные факторы чрезвычайно важны для успешной трансфекции и клинической эффективности.

    Нерешенные вопросы и стратегии

    Несмотря на успех и получение разрешения на применение генной терапии в лечении ретинальной дистрофии, ассоциированной с биаллельной мутацией в гене RPE65, в этой области остается много нерешенных вопросов. Выявление гена, ответственного за развитие заболеваний сетчатки или глаза, является трудной задачей. Несмотря на то что генная терапия при мутации в единственном гене с большой долей вероятности будет клинически эффективной, заболевания сетчатки, приводящие к слепоте (диабетическая ретинопатия, ВМД, ретинопатия недоношенных), вероятно, имеют полигенную природу. При этих патологиях требуется применение различных подходов, направленных на сохранение зрительных функций путем воздействия на нейротрофические факторы, путем блокирования механизмов апоптоза и дегенерации или путем экспрессии протеина, блокирующего фактор роста эндотелия сосудов [8].

    Вторым важным нерешенным вопросом является величина генетической нагрузки. Аденоассоциированные вирусы (ААВ) являются эффективным переносчиком генетического материала с низкой иммуногенностью и малым количеством нежелательных явлений, в сравнении с лентивирусами, аденовирусами или невирусными системами трансфекции [9–11]. ААВ-2 и ААВ-8 являются одними из возможных естественных вирусных векторов, однако их эффективная генетическая нагрузка не превышает 5 kb ДНК [12]. Большинство генов, кодирующих структурные или регуляторные функции, имеют значительно большую величину. Одним из вариантов решения этой задачи является двухвекторный подход, согласно которому каждый вектор переносит уникальный фрагмент ДНК в клетку. Далее в клетке хозяина происходит соединение цепей трансгенов путем межмолекулярной рекомбинации с формированием последовательности ДНК, длина которой почти в 2 раза превышает размер вектора.

    Экспрессия белка в таких случаях ниже, но достаточна для улучшения фенотипа сетчатки мышей в экспериментальной модели болезни Штаргардта и синдрома Ушера 1В [10, 11].

    Третьим направлением исследований является оценка клинического ответа и эффективности экспрессии трансгена. Использование промоторов и направленной эволюции высокоэффективного мутирующего ААВ позволило трансфицировать наружные слои сетчатки в эксперименте на мелких животных, однако достичь таких уровней экспрессии трансгена у собак и нечеловекообразных приматов не удалось [13, 14]. Неизвестно, чем обусловлены эти неудовлетворительные результаты: анатомией человека, объемом распределения, уровнем продукции трансгена, необходимым для устранения генетического дефекта, или другими механизмами. Оценка эффективности трансфекции в клинических исследованиях также является нерешенным вопросом. Концентрация трансгенного белка в водянистой влаге/стекловидном теле является ценным биомаркером продукции белка, однако это не обязательно означает, что эта концентрация является достаточной для физиологических изменений, отмеченных в доклинических исследованиях. Субъективное исследование зрительных функций, включающее определение остроты зрения, микропериметрию и исследование поля зрения, остается главным критерием оценки эффективности терапии при наследственных заболеваниях сетчатки, однако применение этих методов для оценки функциональных изменений всей сетчатки резко ограничено. Среди объективных методов исследования перспективно использование комбинации электрофизиологических и морфометрических исследований, разрешающая способность которых непрерывно возрастает. Уникальный метод оценки зрительных функций был разработан для обследования пациентов, получивших генную терапию по поводу ассоциированного с мутацией в гене RPE-65 врожденного амавроза Лебера 2-го типа. Новый метод количественной оценки зрительных функций и мобильности – тест мобильности при различной освещенности – был разработан совместно с FDA. Тест включает 12 различных лабиринтов, по которым пациент перемещается в направлении, определяемом стрелками, обходя или преодолевая разнообразные препятствия на своем пути при уровне освещенности, варьирующем от темноты до яркого света. Процесс движения пациентов фиксируется, видеозапись оценивается вслепую независимым центром оценки результатов клинических исследований [2, 15]. В настоящее время данный метод является стандартом исследования зрительных функций пациентов с наследственными заболеваниями сетчатки, проявляющимися прогрессирующей ночной слепотой. Актуальными являются дальнейшие разработки, направленные на оптимизацию систем доставки, вирусных векторов и совершенствование функциональных методов исследования.

    В настоящее время в ряде ранних исследований при различной патологии сетчатки продемонстрированы низкая иммуногенность ААВ-векторов и малое количество нежелательных явлений. 16 декабря 2017 г. FDA было разрешено применение Лукстурны (воретигена непарвовек-рзил) для лечения детей и взрослых с ретинальной дистрофией, ассоциированной с биаллельной мутацией в гене RPE-65. Лукстурна является первым разрешенным к применению в США препаратом для генной терапии, вводимым непосредственно в глаз и направленным на лечение заболевания, вызванного мутацией в определенном гене. Тем не менее множество вопросов остаются нерешенными. Будет ли каждый препарат для генной терапии иметь приемлемый профиль безопасности и эффективности? Какова длительность эффекта? Продолжится ли продукция трансгена на протяжении всей жизни? Могут ли промоторы и другие усилители продукции гена иметь нежелательные явления? Может ли дополнительная генная терапия в тот же глаз или парный глаз иметь неожиданные последствия? Каково финансовое и экономическое значение лечения? Разрешение к применению Лукстурны – это важное событие, больше, чем первый шаг в генной терапии неизлечимых заболеваний, приводящих к слепоте.

    Мини-заключение

    Последовавшие за открытием генома человека 25 лет исследований в области генной терапии достигли кульминации в виде первого успешного препарата для генной терапии наследственных заболеваний сетчатки. Направленные мутации генов позволили определить функции генов, их функциональные области и механизмы, лежащие в основе дисфункции аллелей при заболеваниях. Последующие открытия установят новые молекулярные цели и сформируют основу клинических исследований для множества наследственных ретинальных дистрофий, приводящих к слепоте. Применение векторного переноса генов в ядро клеток перспективно при ретинальных дистрофиях, однако при полигенных и многофакторных заболеваниях сетчатки, таких как ВМД, может потребоваться применение другого подхода [8, 16–18]. Редактирование или выключение целого гена с помощью CRISP/ Cas9-технологии может осуществляться для непосредственного воздействия на ткань-мишень и разработки мишеньспецифической стратегии применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Другими возможными направлениями исследований являются стратегии индукции нейропротекции или замедления гибели клеток. Для глазных заболеваний, имеющих генетическую детерминанту, началась декада, где целью является не замедление процесса, а полное излечение.

    Иммуномодулирование

    В последние годы возрастает внимание к роли иммунитета при различных заболеваниях. Иммунотерапия, иммуномодулирование, таргетная противоопухолевая терапия и иммуносенситизация с использованием Т-клеток с рецепторами химерного антигена выступают одной из стратегий лечения заболеваний. В обществе существует заблуждение по поводу стволовых клеток. Человеческие эмбриональные стволовые клетки и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иППСК) могут использоваться разнообразными способами для лечения заболеваний сетчатки. Эта тема подробно рассмотрена в разделе «Регенеративная медицина».

    Другим типом стволовых клеток являются мезенхимальные стволовые клетки (МСК), которые, вопреки названию, получены не из мезенхимы и не являются истинными клетками-предшественниками. МСК традиционно называют стромальные клетки костного мозга, которые могут дифференцироваться в хондроциты, адипоциты, миоциты и остеобласты.

    Эти клетки обнаруживаются в больших количествах в костном мозге, пуповине, жировой клетчатке, коренных зубах и амниотической жидкости. МСК не способны дифференцироваться для последующей продукции гемопоэтических клеток.

    Длительное время полагали, что МСК являются структурными клетками соединительной ткани. Однако в 2012 г. наша лаборатория показала исчезновение помутнения роговицы в мышиной модели бактериального кератита и уменьшение неоваскулярной реакции в модели лазерного ожога сетчатки на грызунах [19, 20]. Многочисленные исследования подтвердили, что эти клетки проявляют выраженный иммуномодулирующий эффект посредством разнообразных механизмов, в том числе маскирования поверхности МСК, что делает их невидимыми для иммунокомпетентных клеток, модулирования лимфокинового и цитокинового ответа, а также введения МСК с модифицированным геном эритропоэтина в субретинальное пространство для лечения дегенераций сетчатки [21–23]. МСК, получившие название «природные целители», проявляют хемотаксис к очагам воспаления и иммуномодулирующий эффект при рубцевании в многочисленных исследованиях микробной инфекции [24]. Показано, что МСК улучшают регенерацию роговицы, что подчеркивает интегральную роль терапии лимбальными стволовыми клетками и МСК [25].

    В 2011 и 2012 гг. мы описали новый механизм патогенеза диабетической ретинопатии (ДР) [26–28]. Мы нашли убедительные данные в пользу аутоиммунного повреждения перицитов капилляров сетчатки у пациентов с ДР. Аутоиммунный механизм объясняет прогрессирование микрососудистых нарушений даже при хорошем контроле гликемии. Со временем и в результате иммунной атаки на перициты дисфункция эндотелия приводит к потере целостности эндотелиального слоя, макулярному отеку и прекращению перфузии. Эти данные свидетельствуют о том, что терапевтическое иммуномодулирование может быть одним из способов замедления развития или устранения диабетических микрососудистых осложнений. Несмотря на растущее признание терапевтического эффекта МСК при дегенеративных глазных заболеваниях, нерешенными остаются вопросы практического характера: таргетное воздействие на ткани и выживаемость клеток [29, 30]. Возможность системного или периокулярного введения МСК требует дальнейшего изучения.

    Терапия с применением Т-клеток с рецепторами химерного антигена – новейшая методика иммуномодулирования с использованием иммунных механизмов реципиента с целью выявления клеток-мишеней. Изначально разработанная для лечения рака данная методика предусматривает использование Т-клеток, модифицированных с помощью рецепторов химерного антигена, с целью селективного воздействия на поверхностные антигены опухоли [31, 32]. Эта методика не применяется при заболеваниях глаз, но является примером нового подхода к таргетной иммунной терапии.

    Регенеративная медицина

    Стратегия замещения тканей, или регенеративной терапии, набирает обороты благодаря объединению знаний по биологии стволовых клеток, о субстратах, системах доставки, наноматериалах и 3D-структурах машинного производства.

    Исследования с применением структур, которые совмещают клетки и/или субстраты, включают доклинические исследования при заболеваниях роговицы, глаукоме, катаракте, ВМД и пигментной тапеторетинальной абиотрофии. Во многих областях предпринимаются попытки применения 3D-технологий и микроинженерии бионических поверхностей. Исследования I фазы включают: имплантацию ex vivo культивированных роговичных стромальных стволовых клеток с целью резорбции помутнения в строме, замещение трабекулярной сети при глаукоме клетками трабекулы, выращенными из стволовых клеток, с целью регуляции внутриглазного давления. Исследования II фазы включают: субретинальную имплантацию клеток пигментного эпителия сетчатки (ПЭС), выращенных из стволовых клеток, в виде клеточной взвеси или слоя клеток на матрице, субретинальную трансплантацию ретинальных клеток-предшественниц и трофическую поддержку с целью замедления или предотвращения прогрессирующей гибели клеток сетчатки [33].

    Трансплантация ретинальных стволовых клеток и тканевая инженерия направлены преимущественно на замещение или регенерацию фоторецепторов и клеток ПЭС [34, 35]. Пигментная тапеторетинальная абиотрофия – это гетерогенная группа генетических заболеваний, характеризующихся поражением фоторецепторов и/или клеток ПЭС. Подобным образом для ВМД характерна гибель фоторецепторов. Независимо от того, является ли гибель фоторецепторов первичной или вторичной по отношению к дисфункции ПЭС, возможность восстановления нормальной функции фоторецепторов и клеток ПЭС является желаемым терапевтическим эффектом. Маловероятно, что генная терапия позволит восстановить зрительные функции у пациентов с далеко зашедшей стадией дегенерации наружных слоев сетчатки, в лучшем случае она поможет сохранить остаточную целостность тканей.

    Возможность полного восстановления зрительных функций путем замещения тканей достоверно не изучена.

    Источниками клеток ПЭС являются человеческие эмбриональные клетки ПЭС, аллогенный кадаверный материал, альтернативные источники, человеческие плюрипотентные стволовые клетки (чППСК) (в том числе человеческие эмбриональные стволовые клетки и иППСК). Каждый из перечисленных источников продемонстрировал способность взять на себя часть функций здоровой ткани, однако без достоверного улучшения зрения. Необходимость в предоставлении большого количества клеток для клинического применения подтолкнула исследователей к использованию чППСК. чППСК подвергаются индуцированной эмбриологической дифференцировке в незрелые клетки фоторецепторов или клетки ПЭС. При заболеваниях, сопровождающихся потерей преимущественно фоторецепторов, как, например, при некоторых формах пигментной тапеторетинальной абиотрофии, взвесь незрелых клеток фоторецепторов может быть трансплантирована в субретинальное пространство. При пигментной тапеторетинальной абиотрофии или атрофической форме ВМД, характеризующейся отсутствием фоторецепторов и ПЭС, требуется применение обоих видов клеток. При дистрофических изменениях ПЭС и сохранных фоторецепторах возможно использование взвеси клеток ПЭС [33–35]. Успешная имплантация биоинженерных клеток ПЭС на монослое подтвердила принцип действия у пациентов с далеко зашедшей «сухой» формой ВМД и атрофией макулы [36]. И наконец, успех этой технологии определяется сохранением жизнеспособности тканей реципиента и трансплантата, восстановлением физиологических функций и стабилизацией или улучшением зрительных функций [33–35].

    Изучаются резервные стратегии лечения, основанные на положительном трофическом эффекте от имплантируемой ткани. Считается, что субретинальное пространство обладает умеренной иммунологической привилегированностью.

    Однако субретинальная инъекция аллогенных иППСК-ПЭС клеток вызвала воспалительную реакцию у макак резус и минипигов [37, 38]. Становится очевидным, что перемещение цитоплазматического материала между трансплантированными клетками и клетками реципиента происходит лишь при наличии достаточного количества жизнеспособных клеток реципиента и не происходит при далеко зашедшей стадии заболевания, при сохранении малого количества фоторецепторов [36]. Эти данные свидетельствуют, что своевременная трансплантация тканей необходима для поддержания функций оставшихся фоторецепторов и получения максимального эффекта от трансплантации. В настоящее время в многочисленных исследованиях I/II фазы изучается возможность интравитреального введения взвеси клеток, субретинального введения взвеси клеток, трансплантации стволовых клеток на каркасе и супрахориоидальных методик трансплантации.

    Разработанные преимущественно как исследования проверки и подтверждения принципа действия, эти клинические исследования продемонстрировали хорошую переносимость и подтверждение клеточной интеграции [35]. Способна ли трансплантация стволовых клеток сетчатки замедлить прогрессирование заболевания или улучшить зрительные функции при ретинальных дистрофиях или далеко зашедшей стадии «сухой» ВМД, остается неизвестным и требует дальнейшего изучения.

    Регенеративная медицина является перспективным методом лечения пациентов, для которых замещение тканей является наилучшим подходом для сохранения нейроретинальных функций. В недавнем интересном исследовании in vitro в органоидах коры головного мозга были зарегистрированы осцилляторные потенциалы, равные по амплитуде зрительным потенциалам 12-недельного недоношенного ребенка. Эта уникальная находка демонстрирует потенциал регенеративной медицины к восстановлению или замещению нервной ткани.

    Поскольку глаз является продолжением центральной нервной системы, направленное развитие клеток-предшественников может стать будущим подходом к лечению наследственных и дегенеративных глазных заболеваний [39].

    Искусственный интеллект

    Вероятно, ни одно технологическое достижение не было так широко ожидаемо, как внедрение искусственного интеллекта (ИИ) в медицинский биом. Поочередно внушающий страх и приветствуемый как смена парадигмы в клинической практике, ИИ вызывает глубокие чувства, которыми сопровождается вступление в четвертую промышленную революцию [40]. В каждой медицинской специальности находится область, в которой ИИ помогает анализировать массивы данных, выявлять клинически значимые паттерны заболеваний, прогнозировать прогрессирование патологического процесса, направлять лечебный процесс и оптимизировать действия и ресурсы. В электрокардиографии, дерматологии, радиологии и при скрининговом обследовании на рак молочной железы используется технология распознавания изображений [40].

    В офтальмологии данные, получаемые с помощью визуализирующих технологий возрастающей сложности, превосходят способность к синтезу клинических данных. Быстро растущее количество исследований и объем данных превосходят способность практического врача к проведению подробного анализа. ИИ позволяет выделить паттерны, оценить прогрессирование и, что самое важное, выявить новые маркеры, которые направляют лечебный процесс [41–43]. Многообещающей целью ИИ является увеличение способности практического врача к более рациональному и эффективному труду и началу лечения до момента потери функций.

    Определение искусственного интеллекта

    Понятие «ИИ» в широком понимании относится к компьютерным программам, обладающих способностью к обучению и принятию решений, подобно человеку. После длительного обучения по фотографиям глазного дна пациентов с известными степенями тяжести ДР, ИИ может предоставить независимые диагностические рекомендации. Например, ИИ может проводить скрининг пациентов с установленным диагнозом «сахарный диабет» и выдавать простой результат: ДР присутствует, ДР отсутствует или требуется направление на дальнейшее исследование.

    Характерной особенностью алгоритмов машинного обучения является программирование, которое привносит способность к обучению без явного программирования.

    Машинное обучение является разновидностью ИИ, которая позволяет проводить обзор фотографий глазного дна пациентов с ранее установленным диагнозом «ДР» и «изучать», как выглядит ДР, выявлять характерные признаки и устанавливать диагноз и стадию заболевания. Этот уровень ИИ намного выше, чем «простой» ИИ. Большинство современных ИИ находится на этом или близком к нему уровне сложности.

    Для достижения этого более высокого уровня анализа необходимо 10 000 фотографий глазного дна пациентов с установленным диагнозом.

    Алгоритм глубокого машинного обучения является наиболее мощным из трех видов ИИ. Он основан на искусственной нейронной сети, которая способна обучаться и адаптироваться, оперируя огромными массивами данных. Глубокое машинное обучение требует применения специально отобранных больших наборов данных. В проектах глубокого машинного обучения рентгенограммам грудной клетки и дерматологии

    Национального института здоровья были использованы 100 000 изображений [44, 45]. Алгоритм глубокого машинного обучения позволяет выбирать из фотографий глазного дна изображения с ДР и устанавливать стадию заболевания.

    Со временем обучение на миллионах фотографий позволит выявлять новые паттерны, биомаркеры и прогностические факторы прогрессирования заболевания. Способность прогнозировать прогрессирование заболевания и оптимальное время для вмешательства навсегда изменит парадигму лечебного процесса, отбора пациентов для участия в клинических исследованиях и эффективность лечения.

    Подсчитано, что глубокое машинное обучение на 3D-реконструированных изображениях, полученных с применением мультимодальных технологий визуализации, потребует изучения 500 000 спаренных стереоизображений. Увеличение четкости изображений с помощью адаптивной оптики и синтеза изображений низкого качества станет необходимым условием их безошибочной интерпретации [42, 46, 47]. К другим нерешенным вопросам относятся отбор данных для обучения, проверка пригодности наборов данных, исследование чувствительности в гетерогенных популяциях, возможность распространения результатов анализа на большее количество случаев, отображение результатов анализа, алгоритмы оказания медицинской помощи, внедрение системы и финансовые последствия [41].

    Возможности применения ИИ в медицине

    Диагностика:

    • описание изображений, например рентгенограмм, магнитно-резонансных томограмм, ультразвуковых сканов и других с высокой точностью;

    • проведение виртуальных биопсий и помощь в проведении скрининга на опухолевые заболевания.

    Организация здравоохранения:

    • выполнение автоматических рутинных задач за сотрудников лечебного учреждения;

    • мониторинг взаимодействий с сотрудниками коллцентра для обеспечения того, чтобы каждый звонок был принят в соответствии с требованиями;

    • прогнозирование риска для пациентов на основе данных из электронных историй болезни.

    Наблюдение за пациентами:

    • интеграция с «умными» устройствами с целью оповещения и оказания помощи в профилактике осложнений, например сепсиса;

    • использование данных, полученных с «умных» устройств пациента, например «умных» часов и мобильных изображений, с целью выявления факторов риска в то время, когда пациент не находится в лечебном учреждении.

    Клинические исследования:

    • сжатие базы данных с целью удаления пациентов, у которых маловероятны прогрессирование заболевания и положительный ответ на терапию;

    • оказание помощи при ведении пациентов посредством рекомендаций по наблюдению.

    Эта нелегкая задача, казалось бы, находится в отдаленной перспективе, однако стоит вспомнить историю «Стокфиша» и «АльфаЗеро» [48]. С самого начала компьютерное программирование уходило корнями в теорию игр. Возможность превзойти человеческий мозг в играх, требующих многомерного мышления, например «Го», «Сёги» и шахматы, казалось, навсегда останется за пределами досягаемости для зарождающегося компьютерного программирования. В 2018 г. 9-я версия «Стокфиша» стала бесспорным королем шахматной доски. В базе данных этой программы содержалось каждое движение каждой из когда-либо записанных игр, а скорость вычислений достигала 60 млн движений в секунду. В качестве противника «Стокфишу» в матче 1 000 партий выступила новоявленная программа «АльфаЗеро». Скорость вычислений этой программы составляла всего 60 000 движений в секунду, а база данных не содержала ни одной партии. При полном отсутствии опыта, вооруженная лишь инструкциями к игре, «АльфаЗеро была оснащена алгоритмом глубокого обучения и новейшей нейронной сетью. Все остальное – история. После трехчасового самообучения «АльфаЗеро» регистрирует первую победу над самой мощной в истории шахматной программой. По прошествии 9 ч игры при ограничении в 15 мин на одно движение (вечность в компьютерной шахматной партии) «АльфаЗеро» становится непобедимой.

    Мощность и скорость программ глубокого машинного обучения позволят улучшить возможности оказания помощи пациентам и ускорить каждый аспект нашего путешествия к молекулярной медицине и индивидуализированному подходу в лечении. Будущее уже наступило.

    Заключение

    В данном обзоре основных тенденций в научных исследованиях в области патологии сетчатки кратко представлены грандиозные труды ученых по всему миру. Последней важной тенденцией является необходимость в сотрудничестве.

    Рандомизированные клинические исследования, сеть клинических исследований в области ДР (DRCR.Net) и проект генома человека, а также каждая область и пласт цивилизации зависят от способности человечества работать сообща ради общей цели. Возможности нарушения норм и правил, ненадлежащего использования и прочее становятся более напряженными. Возможность изменения генома человека путем редактирования генов и перестановки соматических генов создает неограниченные шансы для ненамеренных последствий.

    И тем не менее мы живем в наиболее воодушевляющем времени в истории. У нас есть неограниченные возможности улучшения состояния человека и возможность сделать это вместе. «Если хочешь идти быстро, иди один. Если хочешь дойти далеко, иди вместе».

    Оригинальная статья

    Future Vision 2020 and Beyond – 5 Critical Trends in Eye Research была опубликована автором Suber S. Huang, и представлена по ссылке https://journals.lww.com/apjoo/pages/default.aspx

    Статья реферирована к.м.н. А.Б. Галимовой (Уфа)


Страница источника: 3-8

Просмотров: 635