енезе
III. Область научных знаний: 3. Здравоохранение, медицинские и физиологические науки
Направление науки: 3.1. Физиологические науки
Основные научные задачи и ожидаемые прорывные результатыдо 2030 года
Основой развития нейронаук является создание научной платформы для разработки систем искусственного интеллекта следующего поколения - нейроморфного искусственного интеллекта. Платформа призвана преодолеть фундаментальные ограничения в возможностях существующих систем искусственного интеллекта за счет использования фундаментальных принципов работы естественных нейрокогнитивных систем. Нейронауки ставят ряд новых задач, которые касаются исследования биологических нейронных сетей, фундаментальных характеристик головного мозга (интеллекта, памяти и сознания) и могут быть перенесены на системы искусственного интеллекта следующего поколения.
Актуальны научные задачи, решение которых приблизит к пониманию, как работает мозг, включающие в себя исследование принципов физиологической организации поведения при интеграции сенсорных, когнитивных и управляющих процессов, формирование и хранение памяти, развитие мозга в онтогенезе и эволюции, нейротехнологии биоуправления для робототехнических систем и расширения функций мозга, пути регуляции когнитивных функций мозга в норме и при патологии, нейрогенетические подходы к исследованию мозга.
К перспективным научным задачам относится проблема гомеостаза, механизма стабилизации физико-химических параметров жидкостей внутренней среды. Проблема целостности организма в ее физиологическом осмыслении должна в новом десятилетии стать одной из ключевых не только в физиологии, но и в науках о жизни. Понимание молекулярной организации каждого из элементов клеток живого существа требует ответа на вопрос, как молекулярные компоненты объединяются в целое, как осуществляется их регуляция для целенаправленного поведения человека или животного, где происходит дезинтеграция, как развивается патологический процесс, болезнь. Естественный интеллект, рождение мысли, деятельность мозга и сердца требуют стабильности среды, окружающей каждую клетку, создания внутренней среды с минимальными колебаниями параметров связано с энергетическими затратами организма. Изучение физиологии гомеостаза откроет новые возможности для получения ожидаемых прорывных научных результатов и обеспечит выявление закономерностей организации их работы в целостном организме, а также разработку новых технологий высокоселективного транспорта всей палитры химического состава живых систем.
Актуальным направлением остается разработка новых стратегий фармакологической коррекции нарушений физиологических функций при болезнях человека на основе современных данных геномики, молекулярной биологии и биохимии, патофизиологии.
Перспективным направлением является изыскание патогенетически обоснованных фармакологических способов регуляции рецепторов и сопряженных сигнальных каскадов, эпигенетических процессов, ионных каналов, ферментов, транспортеров и других физиологически важных образований, опосредующих фармакодинамику и фармакокинетику лекарств.
Одной из важнейших научных задач современной физиологии остается транспорт разнообразных веществ по организму, начиная с кислорода и питательных веществ и заканчивая гормонами, цитокинами и физиологически активными пептидами. Ожидаемые прорывные результаты позволят решить целый ряд прикладных задач по проблемам направленной доставки лекарств, выяснения причин отторжения имплантируемых устройств. Исследования транспорта кислорода, иммунитета, гемостаза, кроветворения представляют собой важнейшие фундаментальные задачи не только современной физиологии, но и всей биологии. Решение этих задач направлено на создание новых способов терапии и диагностики широкого круга социально значимых заболеваний, новых способов доставки лекарственных препаратов и их производства в самом организме (например, в эритроцитах-биореакторах) , создание принципиально новых растворов для переливания крови с дополнительными функциональными свойствами, которые необходимы для медицины чрезвычайных ситуаций.
К перспективным научным задачам относится изучение физиологии иммунной системы. Разработка способов модуляции ее механизмов актуальна и дает возможности для развития новых направлений медицины, включая иммунотерапию онкологических заболеваний.
Важной научной задачей в области развития диагностики и мониторинга онкологических заболеваний является разработка и создание диагностических тестов, основанных на идентификации и анализе циркулирующих опухолевых клеток и (или) циркулирующей опухолевой дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в периферической крови, оценке профиля некодирующих рибонуклеиновых кислот (РНК) в опухолевой ткани и (или) биологических жидкостях (кровь, моча, асцитическая жидкость и др.) . Актуальными являются задачи, связанные с молекулярным профилированием опухолей, в том числе обнаружение новых молекулярных детерминант - драйверных генов и маркеров метастазирования, изучением роли стволовых клеток и сигнальных путей, контролирующих метастатическую колонизацию опухолевыми клетками, нарушения в работе которых определяют прогрессию опухоли. Перспективным направлением является изучение протеомного профиля опухоль-ассоциированных клеток, путей их воздействия на первичную опухоль, а также факторов, определяющих формирование преметастатических ниш, механизмов и роли аутофагии в выживании опухолевых клеток. Актуальным остается исследование ангиогенных и антиангиогенных факторов опухолей и особенностей васкулогенной мимикрии. Исследование механизмов развития лекарственной резистентности опухолей позволит получить результаты для использования в синтезе препаратов нового поколения, которые помогут преодолеть приобретенную лекарственную резистентность. Одним из перспективных направлений современной фундаментальной онкологии является иммуноонкология, изучающая механизмы "ухода" опухоли от "иммунологического надзора", "иммунологических чек-пойнтов". Результатом таких исследований должна стать разработка противоопухолевых вакцин нового поколения - Т-клеточных, неоантигенных вакцин.
Одной из научных задач современной физиологии сердечно-сосудистой системы является изучение процессов, происходящих на клеточном и молекулярном уровне (например, в кардиомиоцитах) в процессе ишемии-реперфузии. Изучение патофизиологических и функциональных аспектов гипоксии сердца, головного мозга и почек на клеточном и тканевом уровне, а также изучение механизмов и эффективности реперфузии этих органов является актуальным.
Регенеративная медицина является перспективным направлением биомедицины, задачами которого являются изучение физиологических процессов регенерации и замещение тканей и органов, утраченных из-за болезни или травмы. Основными направлениями регенеративной физиологии и медицины являются клеточная физиология, генная терапия, тканевая инженерия и создание искусственных органов. Регенеративная медицина представляет собой междисциплинарное направление, объединяющее клеточных биологов, биохимиков, эмбриологов, специалистов по фармакологии и биоэтике.
Научные задачи в области космической биологии, физиологии и медицины применительно к длительным космическим полетам за пределы земной орбиты, а также формирование списка медицинских рисков, с которым столкнутся космические экипажи межпланетных миссий, ставят обсуждаемые космическими агентствами и правительствами разных стран планы отправки экспедиций к Луне и в дальнейшем к Марсу, организации там длительно функционирующих напланетных поселений. Решение поставленных задач в области космической физиологии и медицины позволит принять участие в международной кооперации стран, участвующих в дальнейшем освоении космического пространства, и создать новые технологии обеспечения жизнедеятельности российских и международных космических экипажей.
Перечень приоритетных направлений фундаментальных и поисковых научных исследований
Направление фундаментальныхи поисковых научных исследований | Раздел фундаментальных и поисковых научных исследований |
| 3.1.1. Высшая нервная деятельность, нейрофизиологияи физиология когнитивных функций | 3.1.1.1. Системные, клеточные и молекулярные механизмы памяти |
| 3.1.1.2. Взаимодействие нейронных сетей головного мозга в онтогенезе, при обучениии патологиях мозга | |
| 3.1.1.3. Механизмы когнитивных функций, снаи сознания в норме и при патологиях | |
| 3.1.1.4. Новые программы и устройства, обеспечивающие возможность управления физическими объектами по параметрам активности головного мозга человека | |
| 3.1.1.5. Нейровизуализация нейрохимических процессов в головном мозге | |
| 3.1.2. Физиология висцеральных систем | 3.1.2.1. Нейрогуморальные, молекулярно-клеточные и генетические механизмы функционирования висцеральных систем |
| 3.1.2.2. Физиологические механизмы нервной, гормональной и иммунной регуляции висцеральных функций | |
| 3.1.3. Физиология сенсорныхи двигательных систем | 3.1.3.1. Механизмы функционирования сенсорных систем |
| 3.1.3.2. Интегративные механизмы сенсорно-моторной регуляции позы и локомоции | |
| 3.1.3.3. Управление двигательными возможностями человека и биопротезирование | |
| 3.1.4. Физиология крови | 3.1.4.1. Молекулярная физиология эритроцитови транспорт газов в организме |
| 3.1.4.2. Физиология свертывания кровии фибринолиза | |
| 3.1.4.3. Гемодинамика и реология кровии плазмы | |
| 3.1.4.4. Кроветворение (эритропоэзи продукция тромбоцитов, синтез белков плазмы) | |
| 3.1.5. Физиология иммунной системы | 3.1.5.1. Молекулярно-клеточные механизмы регуляции иммунного ответа |
| 3.1.5.2. Сигнальные пути активации клеток иммунной системы при развитии иммунного ответа | |
| 3.1.6. Фундаментальные основы онкологии | 3.1.6.1. Современные технологические платформы для диагностики и мониторирования онкологических заболеваний |
| 3.1.6.2. Пути преодоления лекарственной резистентности опухолей | |
| 3.1.6.3. Тканевая инженерия с трансплантацией искусственно выращенных аутологичных тканей и органов | |
| 3.1.7. Экология человека - симбионты и инфекции | 3.1.7.1. Генетическое разнообразие факторов вирулентности, механизмов резистентностии филогенетической структуры микробиоты человека |
| 3.1.7.2. Физиология микроорганизмов-симбионтов человека | |
| 3.1.8. Физиологические механизмы геномной регуляции | 3.1.8.1. Геномные нейротехнологии избирательной регуляции активности нервных клеток |
| 3.1.8.2. Пластичность клеток при изменении микроокружения, дифференцировкеи трансдифференцировке стволовыхи прогениторных клеток | |
| 3.1.8.3. Эпигенетическая регуляция физиологических функций | |
| 3.1.9. Новые стратегии фармакологической коррекции нарушений физиологических функций при болезнях человека | 3.1.9.1. Роль рецепторов и шапероновв развитии психических заболеванийи тревожно-депрессивных расстройств |
| 3.1.9.2. Механизмы развития заболеваний сердца и сосудов для разработкиновых средств фармакотерапии | |
| 3.1.10. Физиология экстремальных состоянийи гравитационная физиология | 3.1.10.1. Влияние магнитного поля Землии космической радиации на физиологические системы и когнитивные функции |
| 3.1.10.2. Механизмы нервной, гормональнойи иммунной регуляций висцеральных функцийв условиях микрогравитации | |
| 3.1.10.3. Механизмы адаптации к факторам длительных космических полетов биологических объектов различной таксономической принадлежности | |
| 3.1.11. Эволюционная физиология, развитиеи старение | 3.1.11.1. Пути эволюции нервной системы, висцеральных систем, двигательных, сенсорных, эндокринной и иммунной систем |
| 3.1.11.2. Принципы организации и эволюции систем адаптации организма к изменяющимся условиям существования | |
| 3.1.11.3. Физиологические и клеточные механизмы, эволюционные аспекты развития, эмбриогенеза, старения и канцерогенеза, поиск эффективных биомаркеров старенияи геропротекторов | |
| 3.1.11.4. Экологическая физиология человека | |
| 3.1.12. Механизмы гомеостаза, обновления клеток и регенерации тканей | 3.1.12.1. Фундаментальные механизмы поддержания гомеостаза в организме |
| 3.1.12.2. Сигнальные механизмы, опосредующие действие микроокруженияна клетки | |
| 3.1.12.3. Клеточные и неклеточные компоненты тканевых ниш как факторы модификации межклеточных взаимодействий | |
| 3.1.12.4. Роль фиброза в регенерации органови тканей | |
| 3.1.12.5. Физиология обновления клеток | |
| 3.1.13. Физиология сердечно-сосудистой системы. Кровообращение человека | 3.1.13.1. Физиологические механизмыи компенсаторные возможности кровоснабжения органов и тканей человека |
| 3.1.13.2. Регуляция артериального сосудистого тонуса | |
| 3.1.13.3. Механизмы адаптации кардиомиоцитов и эндотелиоцитов к физиологическим и патологическим состояниям | |
| 3.1.13.4. Физиология барорецепторной активности и вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы | |
| 3.1.13.5. Системы кровообращенияпри критических состояниях организма человека |
Направления науки: 3.2. Медико-биологические науки;
3.3. Клиническая медицина;
3.4. Профилактическая медицина
Основные научные задачи и ожидаемые прорывные результаты до 2030 года
Важнейшей научной задачей в области медицины является разработка показателей, градаций, методик и критериев оценки неблагоприятного влияния факторов окружающей и производственной среды на здоровье человека, системы оценки и управления рисками развития профессиональных и экологически обусловленных и социально значимых заболеваний, мониторинга состояния здоровья населения и потребности в медицинской помощи в Российской Федерации. Будут разработаны информационные системы прогнозирования влияния экологических факторов на здоровье, технологии снижения риска развития эколого-зависимых состояний и заболеваний, мониторинг природно-очаговых инфекционных заболеваний, информационные системы прогнозирования и немедикаментозной профилактики профессиональных, производственно обусловленных, социально значимых, метеозависимых и других заболеваний, эколого-гигиенические требования формирования производственных зон.
К перспективным научным задачам относятся создание высокочувствительных аналитических методов идентификации и количественного определения новых и потенциально опасных загрязнителей природного и антропогенного происхождения в объектах окружающей среды, пищевой продукции и биологических средах организма, методов оперативного контроля за эколого-токсикологической нагрузкой и безопасностью окружающей среды для человека с использованием клеточных культур и биомаркеров, разработка приборов и методов персонифицированного мониторинга факторов риска, разработка методов управления рисками загрязнения новыми опасными веществами объектов окружающей среды и пищевой продукции, в том числе биотехнологического происхождения.
Актуальными будут разработка системы диагностики и первичной профилактики нарушений пищевого статуса и алиментарно-зависимых заболеваний, создание лечебно-профилактических норм питания для работающих во вредных условиях труда на основе оценки пищевого статуса и данных элементного, геномного, протеомного и метаболомного анализа, изучение регуляторной роли минорных биологически активных веществ в адаптации организма, актуализация норм физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации, разработка новых способов лечения алиментарно-зависимых заболеваний человека с введением в рацион новых специализированных пищевых продуктов, в том числе функциональных питьевых вод направленного профилактического и оздоровительного действия, разработка подходов коррекции состава кишечной микробиоты при алиментарно-зависимых заболеваниях. Будут проводиться исследования, направленные на решение проблем безопасности пищи, в том числе получаемой с помощью нано- и биотехнологий, разработаны принципы персонализированной диетотерапии с использованием генодиагностики и биомаркеров.
Актуальной в области микробиологии и вирусологии будет разработка новых подходов к созданию вакцин против заболеваний, вызываемых возбудителями с высокой степенью изменчивости, и новых поколений вакцин на основе генно-инженерных технологий, методов обратной генетики и нанотехнологий, в том числе против туберкулеза, гепатита B и C, гриппа. Будут совершенствоваться и развиваться диагностические тест-системы и методы экспресс-диагностики, а также изучение макро- и микроэволюции вирусных РНК-геномов и структуры зараженной вирусом клетки, устанавливаться молекулярные механизмы функционирования РНК-содержащих вирусов, вызывающих особо опасные заболевания человека и животных, разрабатываться новые противоинфекционные лекарственные средства (антибактериальные, противовирусные химиопрепараты) . Будут разработаны новые терапевтические противоинфекционные средства на основе малых интерферирующих рибонуклеиновых кислот (РНК) , новые подходы противоинфекционной терапии на основе физических методов воздействия на патогены, новые иммунобиологические препараты (адъюванты и мини-антитела) , сформирована система эффективного эпидемиологического надзора за возбудителями инфекционных заболеваний, созданы эпидемиологические модели для проведения прогнозно-аналитических исследований по оценке предотвращенной заболеваемости бактериальными и вирусными инфекциями в зависимости от охвата вакцинацией групп риска, созданы каталоги бактериофагов, специфичных ко всем значимым патогенным бактериям, разработаны новые схемы лечения микобактериоза в зависимости от типа микобактерии, изучены взаимосвязи активных веществ, производимых микробиотой, и физиологических процессов в организме, ее влияние на развитие различных патологий у человека.
Планируется создание каталогов бактериофагов, специфичных ко всем значимым патогенным бактериям, создание новых поколений вакцин против бактериальных и вирусных инфекци