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仮想生理学的人間（VPH）は、確立されると人体を単一の複雑なシステムとして共同で調査することを可能にする方法論的および技術的フレームワークに焦点を当てたヨーロッパのイニシアチブです。[1] [2] この集合的なフレームワークにより、機関や組織によって形成されたリソースと観察を共有し、生きた人体の 機械的、物理的、生化学的機能の異なるが統合されたコンピュータモデルを作成できます。
VPH は、記述的、統合的、予測的であることを目指すフレームワークです。[3] [4] [5] [6] Clapworthyらは、このフレームワークは、世界中の実験室や医療の観察を「あらゆる可能な方法で収集、カタログ化、整理、共有、および組み合わせる」ことができるように記述的であるべきだと述べています。[5] このフレームワークは、それらの観察を関連する専門家が共同で分析して「体系的な仮説」を作成できるようにすることで統合的である必要があります。[5]最後に、拡張可能でスケーラブルな予測モデルと「それらの体系的な仮説を固める体系的なネットワーク」間の相互接続を促進し、観察の比較を可能にすることで予測的である必要があります。[5]
このフレームワークは、デジタル形式で保存された解剖学的、生理学的、病理学的データの大規模なコレクション、通常、これらのコレクションから開発された予測シミュレーション、およびこれらのモデルの作成と保守、ならびに臨床診療で使用されるエンドユーザーテクノロジーの作成において研究者を支援することを目的としたサービスによって形成されます。 VPHモデルは、さまざまな長さと時間スケールにわたって生理学的プロセスを統合することを目的としています（マルチスケールモデリング）。[3]これらのモデルにより、患者固有のデータと集団ベースの表現を組み合わせることができます。目的は、還元主義的なアプローチを避け、次元スケール（身体、臓器、組織、細胞、分子）、科学的分野（生物学、生理学、生物物理学、生化学、分子生物学、生物工学）、または解剖学的サブシステム（心臓血管、筋骨格、胃腸など）によって特定の方法で生物システムを細分化しない体系的なアプローチを開発することです。[5]
歴史
仮想生理学的人間イニシアチブのきっかけとなった最初の概念は、IUPS Physiome Projectから生まれました。このプロジェクトは1997年に開始され、細胞、臓器、生物の統合機能の理解を促進するデータベースとモデルの開発を通じて、フィジオームを定義する世界初の取り組みとなりました。 [7]このプロジェクトは、多くの研究室からの実験情報と計算モデルを単一の一貫性のあるフレームワークにリンクするデータベースの中央リポジトリをコンパイルして提供することに重点を置いていました。
Physiome プロジェクトの立ち上げに続いて、人間の病態生理学のモデリングとシミュレーションの方法の開発に焦点を当てた、緩く連携した活動の取り組みが世界中で数多く行われました。2005 年には、バルセロナで開催された心臓の機能的イメージングとモデリングに関する会議の一環として Physiome の専門家ワークショップが開催され、そこで「仮想生理学的人間に向けて: 人体の解剖学と生理学のマルチレベル モデリングとシミュレーション」と題するホワイト ペーパー[8]が発表されました。このペーパーの目的は、進行中の関連する VPH 活動の概要を明確にし、EU の研究者向けの新しい取り組みによってそれらを補完する方法について合意を形成し、中期および長期の研究課題を特定することです。
2006年、欧州委員会は「STEP: EuroPhysiomeの構造化」と題する調整および支援活動に資金を提供しました。STEPコンソーシアムは、研究者、業界の専門家、政策立案者、臨床医など300人以上の関係者が参加する重要なコンセンサスプロセスを推進しました。このプロセスの主な成果は、「EuroPhysiomeのシーディング: 仮想生理学的人間へのロードマップ」と題する小冊子でした。[6] STEP活動とその結果得られた研究ロードマップは、VHPコンセプトの開発と、ヨーロッパだけでなく米国、日本、中国でも多額の研究資金、大規模な共同プロジェクト、および多くの関連するイニシアチブを含むはるかに大規模なプロセスの開始に重要な役割を果たしました。
VPHは現在、欧州委員会の第7次フレームワークプログラム[9]の中核目標となっており、患者固有のコンピュータモデルの開発と、その個別化医療および予測医療への応用を支援することを目指しています。[10]仮想生理学的人間ネットワークオブエクセレンス（VPH NoE）は、第7次フレームワークプログラム内のさまざまなVPHプロジェクトを結びつけることを目指しています。
取り組みの目標
VPH関連プロジェクトは、この分野の科学的進歩を促進するために、欧州委員会から多額の資金提供を受けています。欧州委員会は、VPH関連プロジェクトが強力な産業界の参加を示し、基礎科学から臨床実践への道筋を明確に示すことを強く求めています。[5]将来的には、VPHが最終的に以下のメリットを生み出すことを目的としたより良い医療システムにつながることが期待されています。[6]
- パーソナライズされたケアソリューション
- 動物実験の必要性が減る
- 医療へのより総合的なアプローチ
- 病気の治療に対する予防的アプローチ
パーソナライズされたケアソリューションはVPHの重要な目的であり、予測的で個別化されたヘルスケアのための新しいモデリング環境により、患者の安全性と薬効が向上します。VPHは、病態生理学的プロセスに対する理解を深めることでヘルスケアの改善にもつながると期待されています。[3]患者の生物医学データを使用して潜在的な治療法と結果をシミュレートすることで、患者が不必要な治療や効果のない治療を受けるのを防ぐことができます。[11]薬剤 のin silico（コンピューターシミュレーションによる）モデリングとテストを使用することで、動物実験の必要性も軽減できます。
将来の目標は、身体を個々の臓器の集合体としてではなく、単一の多臓器システムとして扱う、より総合的な医療アプローチも実現することです。高度な統合ツールは、診断、治療、患者のケア、特に生活の質を含むさまざまなレベルで、ヨーロッパの医療システムをさらに改善するのに役立つはずです。[6]
プロジェクト
イムノグリッド
ImmunoGridは、フレームワーク6の下でEUが資金提供しているプロジェクトであり、さまざまな生理学的レベルでグリッドコンピューティングを使用して人間の免疫システムをモデル化し、シミュレートします。[12]
骨粗鬆症の仮想生理学的人間
VPHOP (骨粗鬆症仮想生理的人間)は、仮想生理的人間イニシアチブの枠組み内での欧州 骨粗鬆症研究プロジェクトです。現在の技術では、骨粗鬆症骨折を 70% 未満の精度で予測できます。骨粗鬆症骨折を予防および診断するためのより優れた方法が必要です。
現在の骨折予測は、病歴と検査に基づいており、それに基づいて骨粗鬆症骨折の可能性を高める主な要因が特定されています。このアプローチは、骨粗鬆症骨折につながるメカニズムを単純化しすぎていて、個人に固有の多数の階層的要因を考慮に入れていません。これらの要因は、細胞レベルから身体レベルの機能にまで及びます。筋骨格の解剖学と神経運動制御は、生理学的過負荷イベントを含む毎日の負荷スペクトルを定義します。骨折は臓器レベルで発生し、骨の弾性と形状の影響を受けます。弾性と形状は組織の 形態によって決まります。細胞の活動は、時間の経過とともに組織の形態と構成を変化させます。細胞外マトリックスの成分は、組織強度の主な決定要因です。これらの要因と個人間の変動を考慮した、より決定論的なアプローチを使用すれば、精度は大幅に向上する可能性があります。
骨粗鬆症仮想生理学的人間の目標は、これらの骨粗鬆症骨折予測アルゴリズムの精度を向上させることです。
参照
参考文献
- ^ クラップワーシー他 2007
- ^ STEP研究ロードマップによると、2008年8月28日アーカイブ、Wayback Machine
- ^ abc Fenner JW, Brook B, Clapworthy G, Coveney PV, Feipel V, Gregersen H, et al. (2008). 「EuroPhysiome、STEP、および仮想生理学的人間のためのロードマップ」Philosophical Transactions of the Royal Society A . 366 (1878): 2979– 99. Bibcode :2008RSPTA.366.2979F. doi :10.1098/rsta.2008.0089. PMID 18559316. S2CID 1211981.
- ^ Viceconti M, Taddei F, Van Sint Jan S, Leardini A, Cristofolini L, Stea S, et al. (2008). 「骨折リスクの予測のための骨格のマルチスケールモデリング」Clin Biomech (ブリストル、エイボン) . 23 (7): 845– 52. doi :10.1016/j.clinbiomech.2008.01.009. PMID 18304710.
- ^ abcdef Clapworthy G、Viceconti M、 Coveney PV、Kohl P (2008)。「仮想生理学的人間：計算生物医学の枠組みの構築 I. 論説」。Philosophical Transactions of the Royal Society A。366 ( 1878): 2975–8。doi : 10.1098 /rsta.2008.0103。PMID 18559315。
- ^ abcd STEP 研究ロードマップ 2008年8月28日アーカイブ、Wayback Machine
- ^ Hunter PJ、 Borg TK (2003)。「タンパク質から臓器への統合：Physiomeプロジェクト」。Nat Rev Mol Cell Biol 4 ( 3): 237– 43。doi :10.1038/nrm1054。PMID 12612642。S2CID 25185270。
- ^ アヤシェ N、ボワセル JP、ブルナック S、クラップワーシー G、ロンズデール G、フィンバーグ J、フランジ A、デコ G、ハンター P、ニールセン P、ハルステッド M、ホース R、マグニン I、マーティン サンチェス F、スロート P、カンドルプ J 、Hoekstra A、Van Sint Jan S、Viceconti M (2005 年 11 月)。 「仮想生理学的人間に向けて: 人間の解剖学と生理学のマルチレベル モデリングとシミュレーション」(PDF)。 DG INFSO および DG JRC によって編集されました。
- ^ 第7次フレームワークプログラム
- ^ Kohl P, Noble D (2009). 「システム生物学と仮想生理学的人間」Mol Syst Biol . 5 (1): 292. doi :10.1038/msb.2009.51. PMC 2724980 . PMID 19638973.
- ^ サディク SK、マッゼオ MD、ザサダ SJ、マノス S、ストイカ I、ゲイル CV、他。 （2008年）。 「臨床上の意思決定の基礎としての患者固有のシミュレーション」。王立協会の哲学的取引 A．366 (1878): 3199–219。書誌コード:2008RSPTA.366.3199S。土井：10.1098/rsta.2008.0100。PMID 18573758。S2CID 1690327 。
- ^ 「ImmunoGrid - 欧州仮想ヒト免疫システムプロジェクト」。欧州委員会：CORDIS：プロジェクトと結果サービス。 2017年7月23日閲覧。
文献
- Clapworthy, G.、Kohl, P.、Gregerson, H.、Thomas, S.、Viceconti, M.、Hose, D.、Pinney, D.、Fenner, J.、McCormack, K.、Lawford, P.、Van Sint Jan, S.、Waters, S.、および Coveney, P. 2007、「デジタル ヒューマン モデリング: グローバル ビジョンとヨーロッパの視点」『デジタル ヒューマン モデリング: グローバル ビジョンとヨーロッパの視点』ベルリン: Springer、pp. 549–558。
- ハンター、PJ 2006. 生体システムのモデリング：IUPS/EMBS Physiome プロジェクト。Proceedings IEEE、94、678-991
- Viceconti, M., Testi, D., Taddei, F., Martelli, S., Clapworthy, GJ, Van Sint Jan, S., 2006.「筋骨格装置のバイオメカニクスモデリング：現状と重要な問題」IEEE 94(4) 論文集、725-739 ページ。
外部リンク
- VPH研究所