Плашки Петри: виртуальные лаборатории позволят экспериментировать с клетками
Новая цифровая обучающая платформа ускорит подготовку фармацевтов и биологов в стране.
В России создали первые виртуальные клеточные лаборатории — с микроскопами, чашками Петри и другими инструментами научной работы. Теперь школьники и студенты смогут оттачивать свои навыки и даже сдавать экзамены в формате 3D. Для начала им предложат культивировать клетки зеленой мартышки, на которых создавали вакцины от коронавируса, бешенства и клещевого энцефалита. Цифровые инструменты ускорят подготовку кадров в области биотехнологий, но не смогут полностью заменить практику в «живой» лаборатории.
Клеточные лаборатории в компьютере
Полную виртуальную имитацию лабораторной работы с клетками создали специалисты Научно-образовательного исследовательского центра «Фарма-премиум» Института фармации имени А.П. Нелюбина Первого МГМУ. Теперь студенты профильных вузов и колледжей смогут закреплять знания и даже сдавать экзамены в 3D-лаборатории «Культивирование клеточных культур». Платформа будет полезна и школьникам, интересующимся биологией и медициной, — для подготовки к олимпиадам.
Цифровая лаборатория позволяет в формате 3D обучаться основам культивирования адгезионных клеточных линий млекопитающих. Это клетки, которые ученые выращивают в чашках Петри для испытания новых лекарств, а также модифицируют для получения определенных веществ или выращивания органов и тканей.
— В разработанной программе студентов обучают культивированию клеток Vero — линии клеток почек зеленой мартышки, широко применяемой в производстве вакцин. На них были созданы и проверены препараты против разных инфекций, включая полиомиелит, бешенство, клещевой энцефалит, японский энцефалит, желтую лихорадку, вирус простого герпеса, а также некоторые вакцины против COVID-19, — рассказала профессор кафедры фармацевтической технологии Института фармации имени А.П. Нелюбина, доктор фармацевтических наук Елена Бахрушина.
Виртуальная среда точно воспроизводит реальную лабораторию: студенты и школьники могут проводить опыты, создавать заметки и выполнять необходимые расчеты. Программа включает теоретический блок, тесты и практическое задание. На всех этапах работы пользователям доступны статьи с подробным описанием действий. Для удобства интеграции в образовательный процесс предусмотрены два режима: обучающий — для закрепления навыков и экзаменационный — для контроля знаний.
Как пояснили создатели платформы, это первая в России программа, которая учит практической работе с клетками — так называемой мокрой биологии.
Обычно для проведения экспериментов с клетками нужны специальные условия: оснащенные лаборатории, ламинарные боксы и другое дорогостоящее оборудование, живые культуры клеток.
— Наша цифровая лаборатория дает возможность осваивать востребованные биотехнологические навыки любым учащимся, в том числе в онлайн-формате, — подчеркнула Елена Бахрушина.
На программу уже получено свидетельство о регистрации, сейчас она проходит апробацию среди студентов направлений «Фармация» и «Биотехнология». В сентябре этого года ее планируют внедрить в образовательный процесс, а в перспективе — масштабировать в другие вузы и колледжи.
Как виртуальные лаборатории помогут быстрее создавать лекарства
Навык работы с клеточными линиями ускорит процесс обучения в лабораторных условиях и обеспечит готовность к выполнению практических задач с клеточными культурами на производстве, рассказали разработчики.
Снимая зависимость от дорогостоящего оборудования и «живых» материалов, такие инструменты позволяют студенту или школьнику оттачивать практические навыки в онлайн-формате, готовиться к экзаменам и олимпиадам без риска ошибок и затрат на расходники, рассказала «Известиям» заместитель директора Института медицины и медицинских технологий НГУ по учебной работе, доцент Инесса Якимович.
— По объективности контроля знаний и возможности моделирования нестандартных ситуаций виртуальная лаборатория не уступает традиционной, а по отдельным аспектам и превосходит ее. Это реальный механизм формирования практических навыков у будущих специалистов фармации и биотехнологий, особенно актуальный в регионах с ограниченной инфраструктурой, — рассказала эксперт.
При этом внедрение цифровых инструментов не отменяет полностью практику в «живой» лаборатории, но позволяет подготовить гораздо больше квалифицированных кадров с меньшими затратами, повышая доступность, безопасность и объективность биотехнологического образования на всех уровнях — от школы до вуза, отметила специалист.
Плюсы виртуальных лабораторий очевидны. Во-первых, они решают проблему доступности: не в каждом вузе или колледже есть дорогостоящее оснащение: инкубаторы, современные микроскопы и, главное, системы хранения живых клеточных линий. Цифровая среда позволяет отработать последовательность операций, не рискуя дорогим оборудованием и биоматериалом. Во-вторых, это абсолютная безопасность — нет риска контаминации, нет работы с опасными агентами, отметил заведующий отделом сопровождения образовательных программ и научных исследований НИИ «БиоТех» СамГМУ Минздрава России, доцент эксперт рынка НТИ Хелснет Денис Алексеев. В-третьих, появляется возможность многократного повторения сложных экспериментов и манипуляций без использования расходных материалов.
— Такой тренажер идеален для первичного допуска к реальной лаборатории: студент сначала доказывает свою готовность в виртуальной среде, а затем переходит к работе с живыми культурами. Кроме того, экзаменационный режим — это объективный и воспроизводимый контроль знаний, исключающий субъективизм преподавателя, — отметил специалист.
Однако важно признать: никакая, даже самая совершенная 3D-симуляция не способна заменить реальную работу с микроскопом — ощущение объема при пипетировании, понимание клеточных сред, поведение живых культур и неожиданные артефакты остаются за ее рамками, объяснил эксперт.
Поэтому ученые рассматривают цифровые платформы как первый этап подготовки специалистов, а не как альтернативу традиционной лаборатории.
Источник: Известия. Наука.