Příprava 8. rámcového programu Evropské unie – priorita Health (Evropská komise připravuje návrh zaměření biomedicínského výzkumu s výhledem do roku 2020)

Souhrn

8. rámcový program na Evropské unie na roky 2014–2020 je ve fázi přípravy. Evropská komise stanovuje základní priority a připravuje dlouhodobý plán biomedicínského výzkumu a vývoje. Základem pro přípravu programu priority Health na toto období byly tři tematicky zaměřené workshopy, které organizovala Evropská komise a kam byli přizváni evropští i světoví odborníci v dané problematice; dále byli přizváni specialisté z průmyslové sféry, malé a střední podniky a představitelé grantových agentur. Ve výstupech workshopů byly pojmenovány hlavní problémy budoucího biomedicínského výzkumu v daných oblastech a byly formulovány základní teze vize do roku 2020.

Klíčová slova:
8. rámcový program, priorita Health, -omics, klinické studie, stratifikované biomarkery.

Základní teze 8. rámcového programu v prioritě Zdraví (priority Health) byly předneseny na programovém výboru 13. října 2010 v Bruselu. Výhled do roku 2020 v oblasti biomedicínského výzkumu je koncipován tak, že jeho ústřední a zastřešující myšlenkou je tzv. personalizovaná medicína (Personalised medicine).

V literatuře je mnoho definic personalizované medicíny, ta jednodušší a blížící se pojetí 8. rámcového programu je následující:

„Personalizovaná medicína směřuje k poskytování adekvátní zdravotní péče danému pacientovi v optimálním rozsahu a ve správný čas“ (1).

Evropská komise, generální ředitelství Health (Directorate General Health) uspořádalo tři workshopy zaměřené na vybraná témata, která byla identifikována jako zásadní s ohledem na současný stav chápání personalizované medicíny a budoucí zvyšující se požadavky a zvyšující se náklady na biomedicínský výzkum a zdravotní péči. Tématy workshopů byly „-omics“ v personalizované medicíně, stratifikace biomarkerů v personalizované medicíně, klinické testy, nové technologie a nárůst množství biomedicínských dat a nutnost na tyto skutečnosti adekvátně reagovat.

Další důležitou a navazující událostí bylo Evropské zdravotní fórum (European Health Forum Gastein) s podtitulem „Creating a better future for health in Europe“, které se konalo ve dnech 6. až 9. října 2010 v Gasteinu, na němž byly formulovány zásadní otázky v oblasti zdraví a biomedicínského výzkumu, na něž bude v budoucích letech nutné vzhledem k měnící se situaci v Evropě reagovat. Těmi hlavními změnami budou: stárnoucí populace a s tím související financování zdravotních systémů, rostoucí náklady na zdravotní péči, zvýšená potřeba a zvýšené nároky na pracovní síly působící ve zdravotnictví a biomedicínském výzkumu. Dále bude nutné reagovat na zvýšenou migraci nejen uvnitř Evropy, ale i do Evropy z ostatních neevropských států. Biomedicínský výzkum a zdravotní péče budou maximálně využívat nové inovativní přístupy, jimž odpovídá tzv. personalizovaná medicína, využívající nejnovější výsledky biomedicínského výzkumu, který enormně akceleroval v poslední dekádě. Na všech úrovních v oblasti zdravotní péče bude třeba efektivně využívat nové technologie a také e-health bude nedílnou součástí zdravotní péče. Velký důraz bude kladen na prevenci, životní styl, aktivní život apod. Významně posílí takové aspekty zdravotní péče jako národní a mezinárodní koordinace, multidisciplinární přístup a meziresortní spolupráce.

WORKSHOP -OMICS V PERSONALIZOVANÉ MEDICÍNĚ (2)

Workshop „-Omics in personalised medicine“ se konal 29. a 30. dubna 2010 v Bruselu. Zúčastnili se ho experti z různých oborů: -omics, epidemiologie, farmakologie, experimentální medicíny, bioinformatiky, představitelé akademické sféry; dále byli přizváni specialisté z průmyslové sféry, malé a střední podniky a představitelé grantových agentur. Cílem workshopu bylo formulovat roli -omics technologií v budoucí struktuře personalizované medicíny a současný stav poskytování zdravotní péče.

Hlavním úkolem workshopu byla snaha o vytvoření vize do roku 2020, identifikovat výzkumné potřeby pro její implementaci a definovat v tomto procesu roli Evropské unie jako významného zdroje financování. Na workshopu byly stanoveny krátko- i dlouhodobé vize a hlavní směry.

Vize do roku 2020

Do roku 2020 by měl být na molekulární úrovni lépe definován stav „zdraví“ a „nemoci“ pomocí markerů, které by tyto stavy jednoznačně identifikovaly. Toho bude dosaženo studiem buněčných a molekulárních mechanismů obou stavů a vlivem faktorů životního prostředí populace, kterému je vystavena. Klasifikace nemocí na genetické, molekulární, buněčné a funkcionální úrovni umožní změny v léčbě chorob, jejich prevenci, jako je tomu nyní jen u několika málo chorob, jako např. léčbě některých forem rakoviny. Největším pokrokem bude objevení, evaluace a validace biomarkerů pro běžné choroby.

Znalost genetických, molekulárních a buněčných mechanismů běžných chorob je v současné době omezená a nedostatečná. Proto je potřeba podpořit studie zaměřené na výzkum mechanismu chorob, které povedou k objevům „-omics based markerů“ a k vývoji spolehlivějších preklinických modelů nemocí. Některé -omics platformy jako např. analýzy nukleových kyselin jsou připraveny pro klinické aplikace, jiné jako např. proteomické, epigenomické a platformy buněčné funkcionální analýzy ještě vyžadují podporu výzkumu a vývoje, než budou moci být využity v klinických translačních studiích pro identifikaci a validaci biomarkerů. Stejně tak je potřeba podpořit vývoj nových technologií vhodných pro klinické studie, které povedou k objevu nových biomarkerů.

Personalizovaná léčba a personalizovaná prevence

Předpokládá se, že předpis léku a léčba povede u určitého pacienta v pravém čase ke zvýšení účinnosti poskytnutí/ování zdravotní péče a zároveň povede ke snížení nákladů na léčbu. Bude třeba doložit, že předpoklad snížení nákladů bude stimulovat zavádění tzv. personalizovaného lékařského předpisu. Omics-based biomarkery a vývoj nových neinvazivních diagnostických metod usnadní identifikaci rizikových skupin pacientů a umožní stratifikaci zdravotního screeningu a včasnou prevenci. To povede k výraznému snižování nákladů na zdravotní péči.

Nové -omics technologie by měly být co nejrychleji uvedeny do klinického testování. K identifikaci a validaci biomarkerů budou třeba kvalitně zpracované kolekce biologických vzorků získaných standardními postupy z relativně malých souborů stanovených buď podle věku, nebo podle nemocí strukturovaných kolekcí sdružených podle -omics a zobrazovacích fenotypových informací a o velkých populačních kohortách se základními fenotypovými informacemi.

Některé státy EU jsou na čelním místě při klinických aplikacích -omics technologií, např. při léčbě rakoviny. Jiné státy Evropské unie více či méně zaostávají. Do roku 2020 by ideálně měly mít všechny členské státy lokální laboratoře a klinické bioinformativní infrastruktury k poskytování personalizované zdravotní péče. Každý členský stát musí identifikovat „svá“ slabá místa v personalizované medicíně. Mezinárodní spolupráce, výchova a vzdělávání v této oblasti musí vést k překonání národních nedostatků. Bude to multidisciplinární vzdělávání, kde budou kromě -omics technologií získávány poznatky z oborů fyziky, matematiky, statistiky, informatiky apod.

Krátko- a střednědobá vize do roku 2015

Poznatky z oboru farmakogenomiky (zkoumá vztah účinku léku na úrovni celého genomu, resp. transkriptomu) mohou zlepšit účinnost současně užívaných léků, zlepšit „success rate“ při vývoji léků a mohou redukovat dopad negativních následků některých léků. Dosud chybí ekonomický důkaz možných pozitivních dopadů využívání poznatků farmakogenomiky.

Pokroku může být dosaženo u vzácných dědičných poruch, mnoho z nich je život ohrožujících nebo významně oslabujících. Dnes je známo mezi 6000–8000 těchto onemocnění a asi u poloviny z nich je znám jejich genetický základ. Tyto choroby významně zatěžují zdravotní systémy. Studium známých monogenetických poruch usnadní pochopení vlivu prostředí a vytvoří podmínky pro objevení, evaluaci a validaci nových biomarkerů. Objev genetického základu mendelovských forem dědičných poruch ve vztahu k běžným onemocněním umožní nový pohled na molekulární mechanismy chorob a mohou být identifikovány nové léky pro běžná onemocnění.

Dlouhodobé cíle do roku 2020

Vychází se z předpokladu, že kombinace znalostí různých -omics platforem povede k lepší definici zdravého a alterovaného jedince na genetické, molekulární a buněčné úrovni. Objev nových biomarkerů vyžaduje jejich opakované evaluace a validace. Tento proces bude probíhat v centrech klinické excelence specializovaných na specifický translační výzkum určité choroby. V těchto centrech budou relativně malé kolekce vzorků, stratifikovaných podle věku nebo pohlaví v rozsahu do 1000 jedinců, kde si buď pacient se specifickou chorobou nebo zdravý jedinec budou moci požádat o klinickou fenotypovou analýzu spolu s -omics a jinými analýzami. Validace bude vyžadovat přístup k velkým populačním kohortám dat.

Role Evropské unie

Evropská unie bude podporovat:

• projekty, které prokážou proveditelnost a přinesou rychlou návratnost do zdravotního průmyslu, např. dědičné poruchy a vývoj nových léků,
• vysoce riskantní projekty s cílem vývoje nových -omics technologií pro aplikace v klinickém testování,
• nastartování klinické bioinformatiky,
• koordinaci multidisciplinárního vzdělávání a výchovy.

WORKSHOP 4D BIOLOGIE – ZDRAVÍ A NEMOC (3)

Workshop „4D biology for health and disease“ se konal 16. a 17. března 2010 v Bruselu a měl za cíl najít vhodné organizační principy pro přístup ke stávajícím rozsáhlým objemům dat (large-scale data): proteomickým, interaktomickým a datům strukturální genomiky a biologie, jako základu pro vizi do roku 2020 pro vysoko výkonnostní výzkum a zpracování rozsáhlého objemu dat v biologických a lékařských vědách.

Zdravotní péče je dnes v Evropě drahá a založená na léčbě spíše než na prevenci chorob. Vývoj nových léků je založen na principu „one size fits all“ (4), což je dlouhodobě nepřijatelný přístup a jen omezená část pacientů je léčena účinně, např. některé postupy při léčbě rakoviny. Biomedicínský výzkum stojí před úkoly, jak zlepšit chápání mechanismů nemocí a přenést je efektivně do klinické prognózy/diagnózy a prevence/léčby. Jedním z přístupů jsou pokročilé -omics technologie (viz „-omics“ workshop).

Dramatická redukce nákladů na tyto studie vyžaduje poskytnout základ pro přímější personalizované a prediktivní přístupy v medicíně, než jsou nyní možné například použitím kombinace sekvenování a tradičních diagnostických postupů. V nejbližší době musíme být schopni zpracovávat exponenciálně rostoucí množství nově generovaných dat a být schopni je přeměnit do formy využitelných znalostí.

Hlavní závěry workshopu

Neustále rostoucí množství biomedicínských dat vyžaduje vývoj nových technologií a přístupů k analýzám dat. K tomu je třeba využít moderní matematické, fyzikální, počítačové a technické nástroje a technologie daleko více než dříve v biologii a biomedicínském výzkumu: např. statistiku, non-lineární dynamiku, informační teorie, systémové teorie a systémové kontroly. Biofyzikální metody budou muset být zaměřeny tak, aby byly schopny překlenout časoprostorové rozlišení a charakterizovat struktury a kinetickou interakci. Významná role je v budoucnosti předpovídána elektronové mikroskopii, fluorescenční mikroskopii, elektronové tomografii, nanokrystalografii, tomografii, nanoskopii apod. Metody studující jednotlivé molekuly in vivo budou zvláště potřebné.

Korelační přístupy, které umožní studium jedince různými způsoby, jako korelační fluorescence, elektronová mikroskopie, kryoelektronová mikroskopie, která „smíří“ různé technologie a umožní simultánní multiparametrické analýzy. Korelativní fluorescence a elektronová mikroskopie může vyplnit existující rozlišovací „mezeru“ mezi světelným mikroskopem a elektronovým mikroskopem. Analogické kroky by měly být učiněny mezi strukturální a buněčnou biologií, proteomikou a buněčnou biologií a proteomikou a strukturální biologií.

Bude třeba výzkum komplexních kvantitativních systémů a in vivo dat pro to, aby bylo možno odpovědět na otázky: Kolik je určitých molekul a kde jsou v buňce v daném čase? Jak rychle takový jev nastane? Jak silná je interakce? In situ a in vivo metody musí být zdokonaleny k pochopení funkcí makromolekul a jejich interakcí.

Nové technologie vysokovýkonnostních studií produkují enormní množství souborů dat o mnoha různých typech buněčných komponent v různých organismech a jejich vzájemných interakcích a funkčních stavech.

Jedním z přístupů k velkým souborům dat je rozdělení na tzv. „hard“ a „soft“ data. Nukleotidové sekvence a proteinové struktury jsou definovány jako „hard data“, jsou relativně jednoduše validovatelná, skladovatelná a jednoznačně popsatelná. „Soft data“ – jako např. protein-protein interakce, časové a prostorové změny v koncentracích proteinů nebo kinetice interakcí – vyžadují speciální přístupy, vzhledem k variabilitě informačního obsahu dat a metadat a jejich potenciálně variabilní kvalitě a opakovatelnosti a reprodukovatelnosti.

Příkladem přístupu k „hard“ datům je Worldwide Protein Data Bank (wwPDB) jako centrální zdroj „hard“ dat, kde jsou uloženy a zpřístupněny všechny experimentálně určené struktury proteinů a nukleových kyselin.

Množství informací představuje i množství překážek pro ty, kteří potřebují data interpretovat a na jejich základě odvozovat nové biologické teorie. Proto je třeba data integrovat, aby bylo možné získat komplexní modely biologických systémů, pochopit chování těchto systémů a jejich odpovědi na environmentální stimuly s cílem získat evoluční náhled a umožnit přenos nových aplikací do klinické praxe. Biologové musí profitovat ze souborů dat a ne jimi být zahlceni, data musí být přístupná pro intepretace formou „user friendly manner“.

Jednou z možných cest je tvorba 4D atlasů jako „Google cell“ portálu.

Výzkumné infrastruktury by měly hrát klíčovou roli při posílení multidisciplinárního výzkumu umožňující maximální interdisciplinární výměnu znalostí a přístup k různým technologiím. Infrastruktury by se měly stát technologickými platformami pro tvorbu biologických dat s odpovídajícími standardy, data administrovat, rozšiřovat a skladovat.

Pochopení chorob na molekulárním základě je předpokladem pro hledání nových biomarkerů. Počítačové simulace integrující znalosti o molekulárních, tkáňových a orgánových odpovědích napomohou priorizovat cíle a předpovídat účinky kombinovaných terapií a napomáhat tvorbě designu klinických testů. Systémový přístup slibuje zlepšení rozhodovacích procesů a ve farmaceutickém vývoji může prezentovat nové paradigma v hledání nových biomarkerů lidských chorob. Protože ceny vývoje nových produktů jsou vysoké, farmaceutický průmysl zřídka vstupuje do rizikového výzkumu nových léků. Z tohoto důvodu bude nutná větší spolupráce akademických pracovišť, průmyslu a zdravotnických zařízení již při raném stadiu vývoje nového léku.

Závěrem workshopu byla vyjádřena podpora využití obrovských možností inovativního/progresivního výzkumu a klinických aplikací v personalizované medicíně ustanovením nových technologií, sbíráním, skladováním a analýzami velkých souborů experimentálních dat (metadat) za účelem vývoje nových aplikací pro kliniku.

WORKSHOP BIOMARKERY PRO STRATIFIKACI PACIENTŮ (5)

Workshop „Stratification biomarkers in personalized medicine“ se konal v Bruselu 10. a 11. června 2010.

Účelem workshopu bylo objasnit význam a rozsah stratifikace biomarkerů a identifikovat bariéry, které brání nebo zpomalují proces od objevu nových biomarkerů ke klinickým testům až do lékařské praxe. Cílem bylo také přispět k formulaci vize 2020, identifikovat slabá místa, a vymezit roli Evropské unie ve finančně podporovaného výzkumu.

Výstupem workshopu byla formulace dvou definic:

Definice biomarkeru: Biomarker je biologická substance charakterizovaná jako molekulární, anatomická, fyziologická nebo biochemická, jejíž vlastnosti mohou být objektivně měřeny a evaluovány. Biomarkery působí jako indikátory normálních a patologických biologických procesů v organismu. Umožňují například posouzení farmakologické odpovědi při určité léčbě. Biomarkery mají specifické fyzikální charakteristiky a jejich parametry jsou měřitelné v těle a informují o chorobě nebo specifických zdravotních podmínkách jedince. Podle závěrů workshopu jsou biomarkery klasifikovány jako: diagnostické, signalizující predispozici k určité nemoci, prognostické a prediktivní.

Definice stratifikace (rozvrstvení) v rámci personalizované medicíny: Stratifikace je rozvrstvení pacientů do skupin podle společných biologických charakteristik s použitím molekulárních, biochemických, zobrazovacích a diagnostických metod za účelem volby optimálního způsobu léčby a dosažení nejlepších možných výsledků.

Metodologie a přístupy pro novou stratifikaci biomarkerů

Genomika a další -omics technologie významně přispěly k výzkumu biomarkerů. Variabilita mezi jednotlivci (genotyp a genová exprese) jsou klíčovými elementy nového pojetí tzv. „personalizované medicíny“. Preklinické identifikace a stratifikace biomarkerů kombinují chápání nemocí a léků a mechanismů jejich společného působení s jedinečnými vlastnostmi jedince. Proto je důležité společně zahrnout vývoj stratifikovaných biomarkerů do konceptu prevence chorob a vývoje léků.

Hlavním oblastmi, kde je nejbližší budoucnost stratifikované medicíny jako logického předstupně personalizované medicíny, jsou: onkologie, diabetes, kardiovaskulární choroby a neurodegenerativní choroby, a to proto, že vývoj stratifikované medicíny významně závisí na identifikaci a kvalifikaci vhodných biomarkerů. Bohužel jen několik studií biomarkerů se ukázalo být dostatečně průkazných k tomu, aby identifikovaly rozdíly mezi genetickými variantami a/nebo funkcemi genetických produktů.

Na workshopu byly identifikovány čtyři oblasti slabých míst ve výzkumu biomarkerů:

1. Technická proveditelnost, kvalita analyzovaných vzorků a biologické testy. Stávající znalosti -omics technologií umožňující identifikaci nových biomarkerů, které dokážou předpovědět reakci na účinky léku. Cesta od biomarkeru ke klinickým testům je stále příliš dlouhá, potenciální biomarker je podroben mnohastupňovému procesu, který bude třeba zjednodušit a zkrátit.
2. Přístup k biobankám. Vývoj testů biomarkerů vyžaduje přístup k zdrojům biologických vzorků a dokumentaci. Biobanky budou pracovat s velkým množstvím dat, určitými softwary a pro přístup a práci se vzorky z biobank nejsou dosud stanoveny jednotné standardizované přístupy.
3. Získávání dat, zacházení s nimi a analýzy dat. Stratifikovaná medicína je založena na analýzách dat a množství relevantních elektronicky dostupných biomedicínských dat v současné době velmi rychle roste. Data jsou však získávaná různými způsoby, a proto existuje nekompatibilita mezi výzkumnými databázemi, elektronickými medicínskými záznamy, daty z laboratorních testů apod. Do budoucna je nutné vytvořit takové organizační a přístupové procesy, aby byla veškerá data využitelná. Cestou k tomuto cíli jsou otevřené standardizované databáze.
4. Nedostatečná spolupráce mezi akademickými pracovišti a průmyslovou sférou. Biomarkery jsou základním stavebním kamenem stratifikované medicíny. Stejně jako pro každý nový medicínský produkt je výsledkem základního výzkumu, který se odehrává především v akademické sféře. V následujících fázích vstupuje produkt do preklinických a klinických testů a významnější a užší spolupráce zejména s farmaceutickým průmyslem by proces od objevu biomarkeru k finálnímu produktu pro pacienta významně zkrátila.

Hlavní závěry workshopu

Vývoj stratifikovaných biomarkerů je zásadní koncept, který má napomoci prevenci chorob a výzkumu a vývoji léků.

Význam genetických variací genových produktů musí být validován funkcionálními studiemi a je nezbytné podporovat sdílení dat a tvorbu koherentních datových souborů. Vznik evropské databáze biomarkerů by velmi urychlil výzkum a vývoj biomarkerů.

Je třeba podpořit vývoj preanalytických a analytických postupů vyžadujících „zlatý standard“ a standardizaci veškerých technických postupů.

Je třeba identifikovat statistické a bioinformativní nástroje.

Je důležité zapojit investory do výzkumných projektů, např. farmaceutické firmy, diagnostické laboratoře, diagnostická pracoviště, a výzkumné organizace. Kolaborativní výzkum veřejných a soukromých partnerství bude Evropskou komisí zohledňován a finančně podporován.

Stratifikované biomarkery musí být identifikovány a přesně stanovovány v raných vývojových stadiích.

Stimulační pobídky jsou nutné, aby se stratifikovaná medicína stala realitou.

ZÁVĚR

Výše uvedené závěry tří workshopů iniciovaly přípravu 8. rámcového programu Evropské unie na roky 2014–2020. Otevřela se tak diskuze o dalším směrování biomedicínského výzkumu v Evropě, vize 2020, která reflektuje změny, kterým bude Evropa čelit v následujícím období. Výhled do roku 2020 je charakterizován personalizovaným přístupem, důrazem na nové technologie tzv. -omics, posílením výzkumu biomarkerů, multidisciplinárním přístupem k biomedicínskému výzkumu a v neposlední řadě náklady na zdravotní péči.

_{-omics
Přečtením lidského genomu v roce 2001 se otevřela nová éra systémové biologie označovaná jako „omics“. Omics posunuly studium buněčné biologie
od studia jednotlivých genů nebo proteinů v určitém čase ke komplexnímu přístupu studia celého organismu/ů jako systému v souvislosti
s jeho odpovědí na environmentální nebo terapeutické podněty včetně generování systémového (matematického) modelu pro simulaci a predikci
dalších vlastností systému.
Termín omics označuje komplexní analýzu biologických systémů.
Omics nepovedou pouze k pochopení biologických procesů, ale přispějí k přesnější diagnostice a léčbě nemocí člověka.
Různé omics se začaly během posledních 10 let objevovat se svými vlastními instrumenty, technikami, softwary apod.
Příklady omics:
Genomics – věda zabývající se studiem genomu (úplného souboru genů každého organismu), tedy komplexní analýzou struktury a funkce DNA.
Proteomics – věda zabývající se komplexním studiem genetické informace na úrovni proteinů (proteomu) v organele, buňce, tkáni apod., tedy systematicky
studuje proteiny za účelem zjištění jejich struktury, funkce a regulace biologických systémů.
Transcriptomics – věda zabývající se expresí genů celého genomu.}

Adresa pro korespondenci:

doc. RNDr. Judita Kinkorová, CSc.
Technologické centrum AV ČR
Ve Struhách 27, 160 00 Praha 6
fax: +420 234 006 251, e-mail: kinkorova@tc.cz