ОПЫТ ОРГАНИЗАЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ В ОБЛАСТИ ТРАНСЛЯЦИОННОЙ БИОМЕДИЦИНЫ СРЕДИ ОБУЧАЮЩИХСЯ МЕДИЦИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

• Лащенова Людмила Ивановна
• Снигур Григорий Леонидович
• Постнова Маргарита Викторовна
• Кокорева Татьяна Павловна

Резюме

Обучение в медицинском университете по предметам биологического профиля неотъемлемо связано с работой на живых биологических объектах, что позволяет студентам приобрести необходимые навыки самостоятельного проведения научных исследований в области трансляционной биомедицины. В статье приведены конкретные методические подходы, разработанные авторами для повышения уровня научно-исследовательской работы обучающихся в медицинском вузе, эффективно способствующие развитию познания биологических объектов и их роли в экстраполяции данных научных экспериментов на методы лечения различных патологий у человека.

Ключевые слова: научно-исследовательская работа; молодежное научное общество; трансляционная медицина; данио рерио; зебрафиш; студент-медик; высшее образование

Для будущего врача чрезвычайно важно не только иметь представление о планировании и проведении научного исследования, но и принимать активное участие в нем в связи с тем, что современная медицина базируется на принципах доказательности. Фундаментальная биомедицинская наука призвана передавать результаты экспериментов, проясняющих механизмы основных метаболических процессов и коррекции их нарушений, в клиническую практику для нахождения путей лечения различных патологий или профилактики их возникновения. Этим занимается трансляционная биомедицина [1]. При поступлении в университет обучающийся имеет лишь общее представление о будущей профессии, поэтому в самом начале его становления как специалиста необходимо обращать внимание не только на процесс получения знаний по конкретным дисциплинам, но и развивать научно-исследовательский потенциал, включая навыки работы с различными биологическими объектами.

В школах в настоящее время популяризуется проектная деятельность среди обучающихся, которая во многом является первой ступенью в научно-исследовательском направлении: выполнение экспериментов, анализ данных, представление результатов [2]. Поэтому многие первокурсники, которые уже имели опыт написания проектов по био­логической направленности, продолжают свою деятельность в стенах вуза. Задача преподавателя высшей школы сводится к тому, чтобы заинтересовать, направить потенциал исследователя в нужное русло: предложить тему научной работы, актуальную для современной медицины; провести эксперимент; проанализировать данные с использованием новейших компьютерных программ; сопоставить полученные результаты с имеющимися в отечественных и зарубежных базах данных, а результаты научного исследования представить в качестве устного доклада и публикации на конференциях различного уровня [3].

Особый интерес у студентов вызывает работа по овладению навыками исследования различных живых биологических объектов. Чаще всего для проведения экспериментов используются общепринятые лабораторные животные, такие как мыши, крысы, морские свинки, кролики. В последние годы как за рубежом, так и в нашей стране набирает популярность в качестве модельного лабораторного объекта аквариумная рыба Danio rerio (zebrafish, данио рерио, зебрафиш, зебраданио) [4-6].

Преимущества работы с данио рерио:

· простота и дешевизна содержания в условиях лаборатории по сравнению с грызунами;

· возможность эффективного размножения в неволе;

· эмбрионы прозрачные, легко поддаются изучению с помощью светового микроскопа;

· разработано множество тестов для оценки поведения рыб;

· генетическая и физиологическая гомология с человеком, что позволяет работать с геномом рыб;

· нейромедиаторные системы центральной нервной системы человека и данио рерио сходны, таким образом возможен одинаковый фармакологический эффект препаратов;

· в отличие от мышей или крыс, с которыми студентам бывает технически сложно или страшно проводить манипуляции, работать с рыбами не составляет труда.

В этой связи перспективно использование модельного лабораторного объекта данио рерио для проведения доклинических исследований различных химических соединений, используемых в фармакологии и в других научных направлениях.

Цель - проанализировать результаты научно-исследовательской работы в области трансляционной биомедицины среди студентов I курса ФГБОУ ВО ВолгГМУ Минздрава России.

Материал и методы

Анализ данных литературы о возможностях использования модельного объекта данио рерио в проведении доклинических исследований лекарственных средств. В связи с тем что ФГБОУ ВО ВолгГМУ Минздрава России реализует проект "Здоровое долголетие", рассчитанный на ближайшие 10 лет, одной из приоритетных задач которого является поиск антивозрастных лекарственных препаратов, были изучены данные о возможностях использования данио рерио для исследования возраст-ассоциированных заболеваний с использованием платформ eLIBRARY.RU, cyberleninka.ru, Академия Google, Scopus, Web of Science. Известно, что различные виды стресса приводят к повреждению жизненно важных систем органов и к преждевременному старению [7]. Среди различных методик, моделирующих преждевременное старение, создание стрессовых условий в лаборатории доступно и недорого, поэтому был осуществлен подбор ситуационных стрессовых моделей для рыб данио рерио. При непосредственном участии студентов в феврале 2024 г. на кафедре биологии в тесном сотрудничестве с кафедрой фармакологии и фармации Института непрерывного медицинского образования ФГБОУ ВО ВолгГМУ Минздрава России начались исследования по изучению фармакологических эффектов густого экстракта травы первоцвета весеннего (Primula veris L.) на зебрафиш. Обучающиеся самостоятельно проводили все манипуляции с рыбами: кормили, чистили аквариумы, осуществляли погружение в раствор с исследуемыми веществами, предъявляли стрессоры, проводили поведенческие тесты, анализировали первичные данные и писали тезисы для участия в научно-практических конференциях молодых ученых и студентов. Все манипуляции с рыбами проводились в соответствии с Правилами по уходу и использованию лабораторных животных [8].

Результаты и обсуждение

В связи с тем что биология преподается в медицинском университете на I курсе как базовая фундаментальная дисциплина, именно на занятиях по этому предмету обучающиеся впервые узнают о возможности участия в научно-исследовательской работе в вузе. На своих занятиях преподаватели рассказывают о том, что на кафедре биологии ФГБОУ ВО ВолгГМУ Минздрава России функционирует Молодежное научное общество (МНО), приоритетным направлением работы которого является проведение исследований в области трансляционной биомедицины с использованием в качестве модельного объекта аквариумной рыбы зебраданио. Заинтересовавшиеся студенты начинают посещать заседания МНО и непосредственно вовлекаются в проведение экспериментальной и научно-исследовательской работы [9].

Научное исследование в МНО включает несколько этапов: теоретическую подготовку, анализ научной литературы по выбранной проблеме; составление дизайна исследования, написание протокола эксперимента; постановку эксперимента, получение данных; обработку и анализ полученных результатов; написание научных статей, выступление на конференциях. Причем в самом начале исследования публикации могут иметь чисто теоретический характер (обзор литературы), а по мере накопления информации подключается практическая часть. Для студентов I курса это огромный опыт, позволяющий научиться погружаться и разбираться в проблеме, грамотно сортировать информацию, используя критерии включения и исключения при поиске литературы.

Часто студенты-первокурсники под руководством научного руководителя кооперируются вместе с обучающимися III-V курсов ФГБОУ ВО ВолгГМУ Минздрава России на теоретическом и практическом этапе исследования. Таким образом реализуется наставничество, обмен опытом, что позволяет снять напряжение, предположительно возникающее между студентами первого года обучения и преподавателями в силу разницы возраста и статуса, обучающиеся старших курсов могут выступать своего рода посредниками при общении.

На I этапе исследований студенты-первокурсники были вовлечены в теоретическую подготовку к проведению экспериментов. Студенты с помощью отечественных и зарубежных баз данных собирали информацию о возможности использования данио рерио для изучения возраст-ассоции­рованных заболеваний.

Только по результатам анализа литературы были написаны две научные статьи: "Возможности изучения процессов нейродегенерации при болезни Альцгеймера у рыб зебраданио" и "Влияние физической активности стареющих рыбок Danio rerio на состояние мышечной системы", опубликованные в сборниках конференций молодых ученых и студентов медицинских университетов Санкт-Петербурга и Краснодара. Ребята получили первый опыт написания рукописи в соответствии с требованиями, указанными в информационных письмах конференций, взаимодействия с редакторами, оформления документов для подачи тезисов.

На II этапе при совместном обсуждении с научным руководителем был составлен протокол проведения экспериментов, в котором подробно прописаны ход исследования, даты конкретных манипуляций, способ разведения и введения исследуемых веществ, методики проведения поведенческих тестов и пробоподготовки для морфологического блока экспериментов.

III этап предполагал непосредственное проведение эксперимента. Моделирование хронического непредсказуемого стресса у зебраданио в течение 7 дней осуществляли путем предъявления различных стрессоров дважды в сутки: в утреннее и вечернее время (рис. 1).

Параллельно животным давали густой экстракт травы первоцвета весеннего (Primula veris) и препарат сравнения фенибут путем погружения в сосуд с раствором заданной концентрации вещества (рис. 2).

На 8-й день эксперимента начали проводить оценку поведения в тестах "Открытое поле", "Черно-белая камера", "Построение косяка" и "Новый аквариум". Следует отметить, что в связи с отсутствием финансирования данной работы активные студенты самостоятельно изготовили установки для проведения тестов из стекла с использованием герметика (рис. 3). Данный вид работы позволяет развить творческое мышление и навыки конструирования.

Данио рерио достаточно быстро передвигаются в аквариумах, поэтому перемещение рыб в экспериментальных установках фиксировали с помощью камеры, чтобы в дальнейшем осуществлять подсчет параметров вручную по видеозаписи (рис. 4).

После проведения поведенческих тестов рыб препарировали с целью получения микропрепаратов некоторых отделов головного мозга для оценки структурных изменений. Этот этап позволяет получить навыки хирургических манипуляций и работы в гистологической лаборатории. Данный вид деятельности принципиально отличается от работы с живыми рыбами. Манипуляции с такими мелкими объектами при вскрытии и извлечении органов технически крайне сложны, данный опыт для первокурсников очень полезен - это первое знакомство с хирургическими инструментами, развитие усидчивости, приобретение практических умений и навыков, подготовка к будущей профессиональной деятельности (рис. 5).

На IV этапе студенты-медики проводили заполнение первичных протоколов исследования в таблицах MS Excel, подсчет среднего, отклонения от среднего. Обучающиеся были разделены на пары и тройки для удобства подсчета и оценки параметров поведения. В общей сложности обработка первичных данных для четырех экспериментальных групп заняла 7 дней.

Затем студенты познакомились с основами статистической обработки результатов проведенного эксперимента. Все расчеты производили с использованием программного обеспечения GraphPad Prism 9.0.0.121 (США). Эта программа была создана специально для медико-биологических исследований, имеет удобный, интуитивно понятный интерфейс. Огромным плюсом является возможность автоматического построения различного типа диаграмм для визуализации результатов, которые сразу же можно импортировать в презентацию, сопровождающую устный доклад.

V финальный этап предполагал написание научной статьи и выступление на конференции молодых ученых и студентов. Данный вид работы призван развить у обучающихся навыки анализа и синтеза полученной информации, умение четко, научно обоснованно формулировать свои мысли при ответе на вопросы во время дискуссии по исследованию. Безусловно, у студентов I курса возникали сложности с определением целей и задач исследования, описанием и интерпретацией результатов. Поэтому на данном этапе очень важна роль научного руководителя, причем он должен не просто исправлять некорректные фразы в рукописи и докладе, а стимулировать студента к самостоятельному правильному изложению мыслей, задавая наводящие, уточняющие вопросы, обсуждая примеры научных статей.

В результате проведенного исследования были написаны 4 рукописи, представленные в виде докладов на международных научно-практических конференциях молодых ученых и студентов, ряд работ получил призовые места (см. таблицу). Некоторые первокурсники представили свои доклады в стенах медицинских вузов, расположенных в различных городах России. Ребята слушали выступления студентов, аспирантов, известных ученых по актуальным вопросам современной медицины, побывали на экскурсиях в научно-исследовательских лабораториях и на некоторых мастер-классах (рис. 6). Такой опыт, безусловно, стимулирует у обучающихся интерес к науке и продолжению экспериментов.

Заключение

Привлечение студентов к научно-исследовательской работе в области трансляционной биомедицины уже на I курсе университета имеет большое значение в формировании профессиональных компетенций будущего врача. Эксперименты с участием биологических объектов вызывают большой интерес у обучающихся, в особенности если работа проводится с аквариумными рыбами, что, в отличие от грызунов, менее трудозатратно. Проведение исследования, написание научных статей и выступление на конференциях позволяют развивать у студентов-медиков научное мышление, навыки коммуникации, умение концентрировать внимание, а также повышает уровень в области научных подходов и знаний.

Литература

1.Шляхто Е.В. Трансляционные исследования как модель развития современной медицинской наук // Трансляционная медицина. 2014. № 1. С. 5-18.

2.Добрынина Е.С., Хотулева О.В., Егорова Г.В. Организация проектной деятельности как способ развивающего обучения в школе на уроках биологии // Проблемы современного педагогического образования. 2019. № 65-2. С. 114-117.

3.Ивлева Е.В. Научно-исследовательская деятельность обучающихся как средство формирования общих и профессиональных компетенций // Коллекция гуманитарных исследований. 2018. № 5 (14). С. 31-39.

4.Колесникова Т.О., Ильин Н.П., Котова М.М. и др. Зебраданио как перспективная модель в трансляционной нейробиологии и биомедицине // Успехи физиологических наук. 2023. Т. 54, № 3. С. 1-18. DOI: https://doi.org/10.31857/S0301179823030037

5.Bradford Y.M., Slyke C.V., Ruzicka L. et al. Zebrafish information network, the knowledgebase for Danio rerio research // Genetics. 2022. Vol. 220, N 4. Article ID iyac16. DOI: https://doi.org/10.1093/genetics/iyac016

6.Brito R.S., Canedo A., Farias D. et al. Transgenic zebrafish (Danio rerio) as an emerging model system in ecotoxicology and toxicology: historical review, recent advances, and trends // Sci. Total Environ. 2022. Vol. 848. Article ID 157665. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157665

7.Финогенова Т.А., Березина Т.Н., Литвинова А.В., Рыбцов С.А. Влияние разных видов стресса на биопсихологический возраст // Современная зарубежная психология. 2023. Т. 12, № 3. С. 41-51.

8.Руководство по содержанию и использованию лабораторных животных. 8-е изд. / Пер. с англ. под ред. И.В. Белозерцевой, Д.В. Блинова, М.С. Красильщиковой. Москва : ИРБИС, 2017. 336 с.

9.Лащенова Л.И., Постнова М.В. Применение активных форм и методов обучения на занятиях по биологии в медицинском вузе // Медицинское образование и профессиональное развитие. 2023. Т. 14, № 4 (52). С. 51-62.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)