PROJECT-BASED LEARNING ON MEDICAL LABORATORY BASE AS THE PRE-PROFESSIONAL EDUCATION FORM

• Tatiana A. Marakhovskaya
• Evgeniy O. Kuznetsov
• Olga V. Filippova
• Aminat R. Tuguz
• Nikolai E. Skoblikow

Abstract

The experience of collaboration between the genomics department of commercial Medical Laboratory LTD «CL Medical Group» (Krasnodar) and the Regional Center «Polaris-Adygeya» (Maykop) in educational program «Genetics, genomics, personalized and prognostic medicine» implementation is described. The educational programs are described. The research results are presented. Our experience shows the possibility of successful interaction between commercial and state organizations during both pedagogical process and competent specialists training.

Keywords:project-based learning; educational innovation; personalized learning; genetics; non-invasive prenatal testing; sequencing; 4P-medicine

References

1.Order of the Ministry of Health of the Russian Federation of April 24, 2018 No. 186 «On approval of the Concept of predictive, preventive and personalized medicine». (in Russian)

2.Moisova D.L., Gorodin V.N., Skoblikov N.E., Zotov S.V., Tikhonenko Yu.V. Features of polymorphism of some genes of the hemostasis system in patients with COVID-19. Meditsinskiy vestnik Bashkortostana [Medical Bulletin of Bashkortostan]. 2021; 16 (6 (96)): 35–40. (in Russian)

3.Kiyasov A.P., Deev, R.V. Kiyasova E.V., Gumerova A.A. Medical education at the crossroads. How to step into the future of medicine and the medicine of the future? Geny i kletki [Genes & Cells]. 2017; XII (4): 91–6. DOI: https://www.doi.org/10.23868/201707035 (in Russian)

4.Perfil’yeva D.V. The pregnant women blood fetoplacental circulating free DNA dynamics study in non-invasive prenatal testing (NIPT) performed by semiconductor sequencing. International Scientific Conference of Schoolchildren «XXXI Sakharovskiye chteniya»; May 15–16, 2021; St. Petersburg. URL: http://www.school.ioffe.ru/readings/2021/results2.html#bio. Video report: https://www.youtube.com/watch?v=nUAnuiaANrI&list=PLxHGRk4XKFFVULveoZh8SqsH0xc7jh4tr&index=21 (in Russian)

5. Shavernev M.N., Loginova E.V., Natok S.T. The fetal aneuploidy study in women turned to laboratory for indications of ultrasound or combined screening, as part of non-invasive prenatal testing (NIPT) using semiconductor ion sequencing. International Scientific Conference of School Students «XXXI Sakharovskiye chteniya»; May 15–16, 2021; St. Petersburg. URL: http://www.school.ioffe.ru/readings/2021/results2.html#bio. Video report: https://www.youtube.com/watch?v=nUAnuiaANrI&list=PLxHGRk4XKFFVULveoZh8SqsH0xc7jh4tr&index=21 (in Russian)

Материал и методы

В рамках сотрудничества с Региональным центром выявления и поддержки одаренных детей "Полярис-Адыгея" (г. Майкоп, Республика Адыгея) коллектив отдела геномной диагностики принял участие в феврале 2021 г. в качестве преподавателей проектной смены по образовательной программе "Генетика, персонализированная и прогностическая медицина" (руководитель направления - доктор биологических наук, профессор Тугуз Аминат Рамазановна).

Отбор 12 учащихся 8-11-х классов общеобразовательных школ Республики Адыгея на проектную смену "Полярис-Адыгея" проведен по результатам тестирования и решения задач повышенной сложности из разделов классической и современной молекулярной генетики (составители - кандидат биологических наук Татаркова Елена Анатольевна и кандидат биологических наук Шумилов Дмитрий Сергеевич). Все учащиеся смены прошли строгий отбор из двух этапов. После отбора по результатам тестирования ребятам предлагалось пройти собеседование с кураторами программ для самостоятельного выбора научной темы.

Практические занятия проводились на базе отдела геномной диагностики коммерческой медицинской лаборатории "СL" ООО "СЛ МедикалГруп" - на 2021 г. единственной подобной структуры в частных лабораториях РФ. Обучение проводилось в рамках выполнения неинвазивного пренатального тестирования (НИПТ) SAGE (Yourgene Health) на оборудовании (секвенатор S 5 и станция подготовки IonChef) Thermo Fisher Scientific методом полупроводникового секвенирования на платформе IonS 5. Количественная оценка библиотек проводилась на флуориметре Qubit™ 4.0. Биоинформатическая обработка проводилась через облачный сервер Ion Torrent™ Suite software и Sage Link.

В группу, выбравшую направление исследований в рамках выполнения НИПТ SAGE (Yourgene Health), вошли 3 восьмиклассника и 1 десятиклассница, дополнительно занимающиеся биологией, химией и математикой на базе Республиканской естественно-математической школы в г. Майкопе и не имевшие опыта участия в Зимней смене в "Полярис-Адыгея" по направлению "Генетика, персонализированная и прогностическая медицина".

Результаты и обсуждение

Обучение, включающее теоретический и практический разделы, длилось 2 нед. Была подготовлена образовательная программа "Медицинская геномика", включающая курс лекций и практических занятий, общим объемом 72 ч. План лекций по образовательной программе "Медицинская геномика", разработанный и реализуемый сотрудниками коммерческой медицинской лаборатории "СL" ООО "СЛ МедикалГруп" (г. Краснодар), представлен в табл. 1.

План практических занятий по образовательной программе "Медицинская геномика", разработанный и реализуемый сотрудниками коммерческой медицинской лаборатории "СL" ООО "СЛ МедикалГруп" (г. Краснодар), представлен в табл. 2.

В лаборатории ребята работали с образцами выделенной внеклеточной свободно циркулирующей ДНК и осуществляли этапы подготовки библиотек для секвенирования и проверки их качества (рис. 1, 2).

Перед школьниками была поставлена научная проблема, в рамках которой они выполняли проект на основе лекций и самостоятельной работы с литературой, который представляли на конференции, в конце смены.

В итоге было подготовлено два проекта.

Исследование анеуплоидий плода у женщин в рамках НИПТ методом высокопроизводительного полногеномного секвенирования.

Исследование динамики фетоплацентарной свободно циркулирующей ДНК в крови беременных в рамках НИПТ, выполненное методом полупроводникового секвенирования.

В рамках проектов были подготовлены тезисы, которые были представлены на Международной научной конференции школьников "XXXI Сахаровские чтения", г. Санкт-Петербург (15-16 мая 2021 г.) [4, 5].

Также проекты были поданы на участие во Всероссийском конкурсе научно-технических проектов "Большие вызовы". Конкурс состоит из нескольких этапов, включающих оценку проектов экспертами, тестирование ребят в области биологии, собеседование. В финальном этапе 6-го Всероссийского конкурса научно-технологических проектов приняли участие 1460 школьников из 75 регионов России. Одна из девочек стала победителем конкурса по направлению "Генетика, персонализированная и прогностическая медицина", другая набрала проходной балл. Обе учащиеся из Республики Адыгея были приглашены на летнюю смену в образовательный центр "Сириус", где смогли продолжить исследования в 2021 г.

На первом занятии в рамках беседы мы попросили ребят рассказать о своих ожиданиях от смены, свое видение будущей профессии, а также, почему они выбрали нас как кураторов. В конце смены мы провели повторную беседу, в ходе которой спросили, оправдались ли их ожидания. Каждый из ребят планировал связать свое будущее с медициной и укрепился в своем желании по окончании смены. Полученный опыт придал уверенности в своем выборе и мотивировал получать высокие баллы на занятиях в школе, участвовать в олимпиадах и готовиться к поступлению в вузы. Уже в 2022 г. одна из девочек поступила в ФГАОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет) на факультет "Лечебное дело".

Заключение

Опыт сотрудничества коммерческой медицинской лаборатории "СL" ООО "СЛ МедикалГруп" с Региональным центром выявления и поддержки одаренных детей "Полярис-Адыгея" показывает, что возможно успешное взаимодействие между коммерческими структурами и государственными организациями в рамках осуществления педагогического процесса и качественной подготовки учащихся как будущих первоклассных специалистов в геномной диагностике.

Работа со школьниками способствует подготовке будущих студентов, способных к решению профессиональных задач в области генетики и персонализированной медицины. Учащиеся получают необходимые навыки для работы в лабораториях на кафедрах университетов, а также в генетических и геномных лабораториях медицинских учреждений.

Помимо этого, взаимодействие с лабораториями вузов или лабораториями потенциальных работодателей еще на этапе школы позволяет ребятам утвердиться в своих будущих профессиональных предпочтениях и повышает осознанность выбора абитуриентов.

Понятно, что уровень оснащения и возможности для педагогической работы таких образовательных центров, как "Сириус" и "Полярис-Адыгея", уникален. Однако не менее важно оперировать и более простыми молекулярно-генетическими методами-предшественниками секвенирования - такими, как уже хорошо всем знакомый метод ПЦР. Именно работу с амплификатором можно использовать в качестве модели, первого шага для знакомства учащихся с методами геномной диагностики.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Краснодарского края в рамках научного проекта №19-44-230040-р_а.

Благодарности. Авторы статьи выражают благодарность управляющему ООО "СЛ МедикалГруп" Ивану Валентиновичу Аргатенко, а также руководителю Регионального центра выявления и поддержки одаренных детей "Полярис-Адыгея" Роману Николаевичу Чумакову за содействие в организации проведения исследования.

Литература

1. Приказ Министерства здравоохранения РФ от 24 апреля 2018 г. № 186 "Об утверждении Концепции предиктивной, превентивной и персонализированной медицины".

2. Мойсова Д.Л., Городин В.Н., Скобликов Н.Э., Зотов С.В., Тихоненко Ю.В. Особенности полиморфизма некоторых генов системы гемостаза у больных с COVID-19 // Медицинский вестник Башкортостана. 2021. Т. 16, № 6 (96). С. 35-40.

3. Киясов А.П., Деев, Р.В. Киясова Е.В., Гумерова А.А. Медицинское образование на перепутье дорог. Как шагнуть в будущее медицины и медицину будущего? // Гены & Клетки. 2017. Т. XII, № 4. С. 91-96. DOI: https://www.doi.org/10.23868/201707035

4. Перфильева Д.В. Исследование динамики фетоплацентарной свободно циркулирующей ДНК в крови беременных женщин в рамках неинвазивного пренатального тестирования (НИПТ), выполненного методом полупроводникового секвенирования. Международная научная конференция школьников "XXXI Сахаровские чтения"; 15-16 мая 2021; г. Санкт-Петербург. URL: http://www.school.ioffe.ru/readings/2021/results2.html#bio Видео доклада: https://www.youtube.com/watch?v=nUAnuiaANrI&list=PLxHGRk4XKFFVULveoZh8SqsH0xc7jh4tr&index=21

5. Шавернев М.Н., Логинова Е.В., Наток С.Т. Исследование анеуплоидий плода у женщин, обратившихся в лабораторию по показаниям УЗИ или комбинированного скрининга, в рамках неинвазивного пренатального тестирования (НИПТ) методом полупроводникового ионного секвенирования. Международная научная конференция школьников "XXXI Сахаровские чтения", 15-16 мая 2021; г. Санкт-Петербург. URL: http://www.school.ioffe.ru/readings/2021/results2.html#bio. Видео доклада: https://www.youtube.com/watch?v=WoZzlwI3d9M&list=PLxHGRk4XKFFVULveoZh8SqsH0xc7jh4tr&index=25

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)