Цифровые двойники в здравоохранении: оценка технологических и практических перспектив

Background. The technological direction digital Twins is included in the list of the main strategic technological trends of 20192021. At the end of 2021, an initiative was announced in the Russian Federation aimed at creating a digital twin in the domestic healthcare system as part of the primary care modernization project. Aims the purpose of the study is to review possible ways of using digital twins technology in the global healthcare system and in its Russian segment, as well as to build patent and publication landscapes to identify technological and academic leaders of the frontier. Methods. Scientometric and patent analysis. Results. The key stages of the development of the frontier digital twins in healthcare are traced. According to the data of the scientometric and patent analyses carried out in the priority direction digital twins in healthcare and medicine, the Russian Federation at the end of 2021 ranks 35th in the world in terms of specific weight in the total number of articles in publications indexed in WoS, and 20th in the world in terms of specific weight in the total number of patent applications for an invention, i.e. it is not among the 10 leading countries. The citation of domestic publications in the internationalized segment is significantly lower than the average (normalized) indicator, which does not give grounds to talk about the achievement of research excellence and even world-class domestic competence centers. Conclusion. The creation of the Digital Healthcare Consortium in 2018, the world-class Scientific Center Digital Biodesign and Personalized Healthcare in 2020 and the initiative of the regulator (Ministry of Health of Russia) in 2021 should be noted as key events in the development of the frontier in the Russian Federation. At the same time, it is important to note that the main global actors in the transformation of the digital twins frontier into high-tech equipment and services are not research centers, but companies acting simultaneously as qualified customers and beneficiaries of ongoing projects of a full innovation cycle. Having huge RD budgets and having a clear goal setting, it is these participants in the process that become the main drivers of the technological development of the healthcare sector associated with the introduction of digital twins. In this regard, the absence of the direction of Russian companies on the patent landscape cannot but cause concern, which creates risks of using innovative solutions created in the domestic sector of interdisciplinary research in the interests of foreign corporations identified as technology leaders in this review.Обоснование. Технологическое направление цифровые двойники (Digital Twins) входит в перечень главных стратегических технологических трендов 20192021 гг. В конце 2021 г. в Российской Федерации анонсирована инициатива, направленная на создание цифрового двойника в отечественной системе здравоохранения в рамках проекта по модернизации первичного звена. Цель исследования обзор возможных способов применения технологии цифровых двойников в глобальной системе здравоохранения и в ее российском сегменте, а также построение патентного и публикационного ландшафтов для идентификации технологических и академических лидеров направления. Методы. Наукометрический и патентный анализ. Результаты. Прослежены ключевые этапы развития тренда цифровые двойники в здравоохранении. Согласно данным выполненного наукометрического и патентного анализа по приоритетному направлению цифровые двойники в здравоохранении и медицине, Российская Федерация на конец 2021 г. занимает 35-е место в мире по удельному весу в общем числе статей в изданиях, индексируемых в WoS, и 20-е в общем числе патентных заявок на изобретение, т.е. не входит в число 10 лидирующих стран. Цитируемость отечественных публикаций в интернационализированном сегменте существенно ниже среднего (нормированного) показателя, что не дает основания говорить о достижении отечественными центрами компетенций исследовательского превосходства и даже мирового уровня. Заключение. В качестве ключевых событий развития тренда в Российской Федерации следует отметить создание консорциума Цифровое здравоохранение в 2018 г., Научного центра мирового уровня Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение в 2020 г. и инициативу Минздрава России в 2021 г. Представляется важным отметить, что главными мировыми акторами трансформации направления цифровые двойники в высокотехнологичное оборудование и услуги являются не научно-исследовательские центры, а компании, выступающие одновременно в роли квалифицированных заказчиков и бенефициаров реализуемых проектов полного инновационного цикла. Располагая огромными бюджетами на НИОКР и имея четкое целеполагание, именно эти участники процесса становятся главными драйверами технологического развития сектора здравоохранения, связанного с внедрением цифровых двойников. В связи с этим не может не вызывать обеспокоенность низкая активность российских компаний в закреплении полученных результатов патентами, что создает риски использования инновационных решений, созданных в отечественном секторе междисциплинарных исследований, в интересах зарубежных корпораций, идентифицированных в настоящем обзоре в качестве технологических лидеров

Фронтиры и структурные трансформации глобального фармацевтического рынка

Background. In order to achieve the technological sovereignty of the Russian Federation, the transformation of existing scientific reserves into in-demand technologies and technologically independent sectors of the economy, special attention is paid to the frontier areas of world science. At the same time, frontiers are understood as thematic areas on the basis of which Russian critical technologies will be developed in the import-saving paradigm. Aims the purpose of the study is to identify the most promising niches of the global pharmaceutical market and research areas focused on their expansion. Methods. Analysis of the volume of RD financing by the worlds leading pharmaceutical companies in the period 20152022, multi-criteria scientometric analysis and thematic mapping of the collection of the most highly cited reviews published in 20202022 and indexed in the Scopus database. Results. The analysis of the volume of RD financing by the worlds leading pharmaceutical companies in the period 20152022, and their average annual growth rates, was carried out. It is shown that with an annual increase in the corporate RD budget of 2.8%, by 2022 the total RD expenditures of key players in the global pharmaceutical market reached $182 billion per year. At the same time, 60$109.4 billion) fell in 2022 to the top 20 global pharmaceutical companies investing in the development of new medicines. For comparison, the internal costs of research and development of the Russian Federation are given, which, taking into account the GDP deflator as of 08.04.2022, are estimated at $48 billion, of which the amount of budget funding provided in 2023 for the priority direction of the Strategy of Scientific and Technological Development of the Russian Federation Transition to personalized medicine, high-tech healthcare and technologies health savings, including through the rational use of medicines (primarily antibacterial), will amount to 39.5 billion rubles. Given the relatively low level of funding for domestic research and development of new medicines (compared to the budgets for RD of pharmaceutical companies in the world), it seemed important to identify the most promising niches of the global pharmaceutical market and research areas focused on their expansion. Conclusion. As a result of multi-criteria scientometric analysis and thematic mapping of the collection of the most highly cited reviews published in 20202022 and indexed in the Scopus database, 10 frontier research areas have been identified that have the potential to transform the structure of the global pharmaceutical market until 2030.Обоснование. Для достижения технологического суверенитета Российской Федерации, превращения имеющихся научных заделов в востребованные технологии и технологически независимые секторы экономики особое внимание уделяется фронтирным направлениям мировой науки. Под фронтирами понимаются тематические области, на базе которых в парадигме импортоопережения будут разрабатываться российские критические технологии. Цель исследования выделение наиболее перспективных ниш глобального фармацевтического рынка и фронтирных исследовательских направлений, ориентированных на их экспансию. Методы. Анализ объемов финансирования НИОКР ведущими фармацевтическими компаниями мира в период 20152022 гг., многокритериальный наукометрический анализ и тематическое картирование коллекции наиболее высокоцитируемых обзоров, опубликованных в 20202022 гг. и проиндексированных в БД Scopus. Результаты. Выполнен анализ объемов финансирования НИОКР ведущими фармацевтическими компаниями мира в 20152022 гг. и среднегодовых темпов их роста. Показано, что при ежегодном увеличении корпоративного бюджета на НИОКР в 2,8% к 2022 г. совокупные расходы на НИОКР ключевых игроков глобального фармацевтического рынка достигли 182 млрд долл. в год. При этом 60% этих средств (109,4 млрд долл.) пришлось в 2022 г. на топ-20 мировых фармацевтических компаний, инвестирующих в разработку новых лекарственных препаратов. Для сравнения приведены внутренние затраты на исследования и разработки Российской Федерации, которые с учетом дефлятора ВВП по состоянию на 8 апреля 2022 г. оцениваются в 48 млрд долл., из которых объемы бюджетного финансирования, предусмотренные в 2023 г. по приоритетному направлению Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям сбережения здоровья, в том числе за счет рационального применения лекарственных препаратов (прежде всего антибактериальных), составят 39,5 млрд руб. Для актуализации перечня приоритетных направлений исследований и разработок выделены наиболее перспективные ниши глобального фармацевтического рынка и исследовательские направления, ориентированные на их экспансию. Заключение. В результате выполнения многокритериального наукометрического анализа и тематического картирования коллекции наиболее высокоцитируемых обзоров, опубликованных в 20202022 гг. и проиндексированных в БД Scopus, выделено 10 фронтирных направлений исследований, имеющих потенциал трансформации структуры глобального фармрынка

Гены «стахановцы» 18 хромосомы человека, отсутствующие белки и не охарактеризованные белки в ткани печени и клеточной линии HepG2

Missing (MP) and functionally uncharacterized proteins (uPE1) comprise less than 5% of the total number of proteins encoded by human Chr18 genes. Within half a year, since the January 2020 version of NextProt, the number of entries in the MP+uPE1 datasets changed, mainly due to the achievements of antibody-based proteomics. Assuming that the proteome is closely related to the transcriptome scaffold, quantitative PCR, Illumina HiSeq, and Oxford Nanopore Technology were applied to characterize the liver samples of three male donors in comparison with the HepG2 cell line. The data mining of the Expression Atlas (EMBL-EBI) and the profiling of biopsy samples by using orthogonal methods of transcriptome analysis have shown that in HepG2 cells and the liver, the genes encoding functionally uncharacterized proteins (uPE1) are expressed as low as for the missing proteins (less than 1 copy per cell), except the selected cases of HSBP1L1, TMEM241, C18orf21, and KLHL14. The initial expectation that uPE1 genes might be expressed at higher levels than MP genes, was compromised by severe discrepancies in our semi-quantitative gene expression data and in public databanks. Such discrepancy forced us to revisit the transcriptome of Chr18, the target of the Russian C-HPP Consortium. Tanglegram of highly expressed genes and further correlation analysis have shown the severe dependencies on the mRNA extraction method and the analytical platform. Targeted gene expression analysis by quantitative PCR (qPCR) and high-throughput transcriptome profiling (Illumina HiSeq and ONT MinION) for the same set of samples from normal liver tissue and HepG2 cells revealed the detectable expression of 250+ (92%) protein-coding genes of Chr18 (at least one method). The expression of slightly more than 50% protein-coding genes was detected simultaneously by all three methods. Correlation analysis of the gene expression profiles showed that the grouping of the datasets depended almost equally on both the type of biological material and the experimental method, particularly cDNA/mRNA isolation and library preparation.Отсутствующие белки и функционально не охарактеризованные белки (в англоязычной литературе обозначенные как missing (MP) и functionally uncharacterized proteins (uPE1), соответственно) составляют менее 5% от общего числа белков, кодируемых генами 18 хромосомы человека. В течение полугода, начиная с января 2020 года, в версии NextProt выросло количество записей в наборах данных MP+uPE1. Подобные изменения обусловлены преимущественно достижениями протеомики на основе антител. В данной работе количественная ПЦР, технологии секвенирования Illumina HiSeq и Oxford Nanopore Technologies были применены для сравнительного анализа транскриптомного профиля образцов печени трех доноров мужского пола и клеточной линии HepG2. Анализ данных атласа экспрессии (Expression Atlas, EMBL-EBI) и полученных результатов по биологическим образцам с использованием ортогональных методов анализа транскриптома показал, что в клетках печени и HepG2 уровень экспрессии генов, кодирующих функционально не охарактеризованные белки (uPE1), находится на таком же низком уровне, как и в случае генов MP (в количестве менее 1 копии на клетку). Исключение составили несколько генов: HSBP1L1, TMEM241, C18orf21 и KLHL14. Согласно существенным расхождениям в ранее полученных полуколичественных данных по экспрессии генов и данным в открытых базах данных, изначально предполагалось, что экспрессия генов uPE1 может быть выше, чем генов MP. Подобное расхождение побудило обратиться к транскриптому 18 хромосомы человека, являющейся целевой для России в проекте «Протеом человека». Полученные результаты о наиболее экспрессируемых генах и дальнейший корреляционный анализ показал существование зависимости от метода экстракции мРНК и аналитической платформы. Анализ экспрессии целевых генов 18 хромосомы с применением количественной ПЦР (qPCR) и методов высокопроизводительного профилирования транскриптома (Illumina HiSeq и ONT MinION) для одинаковых наборов образцов нормальной ткани печени и клеточной линии HepG2 выявил более 250 (92%) белок-кодирующих генов, детектируемых хотя бы одним методом. Экспрессия более чем 50% белок-кодирующих генов была детектирована всеми тремя методами. Корреляционный анализ профилей экспрессии генов показал, что результаты «группируются» в зависимости от типа биологического материала и экспериментальных методов, в частности от способа подготовки библиотеки (выделения кДНК, мРНК). Зависимость от выбора способа биоинформатической обработки была отмечена в значительно меньшей степени

Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger

International audienceOn 2017 August 17 a binary neutron star coalescence candidate (later designated GW170817) with merger time 12:41:04 UTC was observed through gravitational waves by the Advanced LIGO and Advanced Virgo detectors. The Fermi Gamma-ray Burst Monitor independently detected a gamma-ray burst (GRB 170817A) with a time delay of $\sim 1.7\,{\rm{s}}$ with respect to the merger time. From the gravitational-wave signal, the source was initially localized to a sky region of 31 deg(2) at a luminosity distance of ${40}_{-8}^{+8}$ Mpc and with component masses consistent with neutron stars. The component masses were later measured to be in the range 0.86 to 2.26 $\,{M}_{\odot }$. An extensive observing campaign was launched across the electromagnetic spectrum leading to the discovery of a bright optical transient (SSS17a, now with the IAU identification of AT 2017gfo) in NGC 4993 (at $\sim 40\,{\rm{Mpc}}$) less than 11 hours after the merger by the One-Meter, Two Hemisphere (1M2H) team using the 1 m Swope Telescope. The optical transient was independently detected by multiple teams within an hour. Subsequent observations targeted the object and its environment. Early ultraviolet observations revealed a blue transient that faded within 48 hours. Optical and infrared observations showed a redward evolution over ∼10 days. Following early non-detections, X-ray and radio emission were discovered at the transient’s position $\sim 9$ and $\sim 16$ days, respectively, after the merger. Both the X-ray and radio emission likely arise from a physical process that is distinct from the one that generates the UV/optical/near-infrared emission. No ultra-high-energy gamma-rays and no neutrino candidates consistent with the source were found in follow-up searches. These observations support the hypothesis that GW170817 was produced by the merger of two neutron stars in NGC 4993 followed by a short gamma-ray burst (GRB 170817A) and a kilonova/macronova powered by the radioactive decay of r-process nuclei synthesized in the ejecta