ПРЕЗА БИОЛОГИЯ

1.

Развитие биотехнологий с применением технических систем
в области биоинженерии
1

2.

Что такое современная биоинженерия?
Классическая биоинженерия:
применение инженерных
принципов к биологическим
системам.
Современный тренд:
интеграция сложных
технических систем
(робототехника, ИИ,
микроэлектроника, Big Data).
Цель конвергенции: не просто
изучать, а проектировать,
конструировать и управлять
биологическими системами с
беспрецедентной точностью.
2

3.

Ключевые направления синергии
Четыре основных блока:
Автоматизация и роботизация
(лаборатории, высокопроизводительный
скрининг).
Аддитивные технологии (3D-биопечать
тканей и органов).
Микро- и наноробототехника (доставка
лекарств, микрохирургия).
Искусственный интеллект и анализ
данных (дизайн молекул, предсказание
структуры белков, персональная
медицина).
3

4.

Роботизированные лаборатории: от идеи к данным
Что это: Комплексы роботов-манипуляторов, автоматических
дозаторов, станций культивирования клеток, управляемые единой ПО.
Примеры: Установки для ПЦР, NGS-секвенирования, проточной
цитометрии, криоконсервации.
Преимущества:
Высокая производительность и повторяемость экспериментов.
Работа 24/7, минимизация человеческого фактора.
Безопасность при работе с патогенами.
4

5.

Скрининг тысяч соединений и моделирование органов в
микрочипе
HTS: Роботизированные системы тестируют тысячи химических
соединений на целевые биомишени за короткое время. Ускоряет открытие
лекарств.
Органа-на-чипе: Микрофлюидные устройства, имитирующие
микроархитектуру и функцию реальных органов (легкое, печень,
кишечник).
Системный подход: Объединение нескольких "органов-на-чипе" создает
"тело-на-чипе" — революционная альтернатива тестированию на
животных.
5

6.

3D-Биопечать: Создание живых конструктов слой за слоем
Техническая основа: Принтер с системой
позиционирования, биочернила
(гидрогели с живыми клетками),
программное обеспечение для 3Dмоделирования.
Принцип: Послойное создание
тканеинженерных конструктов по
цифровой модели (на основе КТ/МРТ
пациента).
Вызовы: Подбор материалов, создание
сосудистой сети, интеграция с
организмом.
6

7.

Примеры и применения 3D-биопечати
Применения:
Кожа для трансплантации ожоговым пациентам.
Хрящевые и костные имплантаты (например, для челюстно-лицевой
хирургии).
Сосудистые графты.
Перфузируемые модели органов для тестирования лекарств (минипечень, почка).
Долгосрочная цель: Печать полнофункциональных органов для
трансплантации.
7

8.

Роботы внутри тела: Таргетная терапия будущего
Что это: Устройства размером от микрометров до нанометров,
способные двигаться в биологических жидкостях.
Управление: Магнитные поля, ультразвук, химические реакции.
Задачи:
Точечная доставка лекарств к опухоли (минуя побочные эффекты).
Микрохирургия (разрушение тромбов, удаление патологических
клеток).
Диагностика (сенсоры in vivo).
8

9.

Искусственный интеллект в биоинженерии
Анализ Big Data: Расшифровка
геномов, транскриптомов,
протеомов.
Дизайн белков и молекул:
Предсказание структуры белка
(AlphaFold), создание новых
ферментов и лекарств с заданными
свойствами.
Оптимизация процессов: Управление
биореакторами, предсказание выхода
продукта.
Персональная медицина: Подбор
терапии на основе данных пациента.
9

10.

Бионические имплантаты и нейроинтерфейсы
Бионические протезы: Управляемые
сигналами мышц или мозга (мио- и ЭЭГинтерфейсы), с тактильной обратной
связью.
Кохлеарные имплантаты:
Преобразование звука в электрические
импульсы для стимуляции слухового
нерва.
Нейроинтерфейсы "мозг-компьютер":
Восстановление коммуникации и
контроля за средой у пациентов с
параличом.
Сетчатка глаза: Искусственная
фотостимуляция.
10

11.

Биореакторы как управляемые технические системы
Что это: Устройства, создающие контролируемые условия
(температура, pH, питательные среды, газовый состав,
механическая нагрузка) для роста клеток и тканей.
Сенсоры и системы обратной связи: Автоматическая
корректировка параметров для оптимального роста.
Применение: Крупномасштабное производство стволовых
клеток, выращивание тканевых конструктов (хрящ, мясо in vitro).
11

12.

Основные вызовы и ограничения
Технические: Сложность создания васкуляризации в
искусственных органах, биосовместимость материалов, точное
управление нанороботами в организме.
Этические: Безопасность генного редактирования (CRISPRCas), проблема доступности высокотехнологичной медицины,
"дизайнерские" организмы.
Регуляторные: Отсутствие четких регламентов для новых
классов продуктов (биороботы, органы из биопринтера).
12

13.

Тенденции и будущее биоинженерии
Полная интеграция NBIC: Нано- (N), био- (B), инфо- (I), когнитивные (C)
технологии.
Цифровые двойники органов и пациентов для моделирования лечения.
Создание "живых" адаптивных имплантатов, растущих и меняющихся с
организмом.
Развитие синтетической биологии как "стандартизированного инжиниринга"
живых систем.
13