Введение

Клеточные технологии в биологии представлены совокупностью методов, направленных на выделение отдельных типов клеток, их культивирование и использование продуктов жизнедеятельности этих клеток или самих клеток в научных или научно-практических целях. Суть клеточных технологий в выращивании клеток и тканей вне живого организма (in vitro). Клеточные технологии в наше время актуальны во многих отраслях: в промышленности, медицине, экологии, сельском хозяйстве, научных исследованиях и др.

Цель исследования в проекте. Цель исследования заключается в изучении специфических особенностей клеточных технологий в биологии на основе изучения метода культивирования клеток (in vitro), как одного из распространенных методов клеточной инженерии и рассмотрении перспектив развития клеточных технологий в биологии.

Научное и практическое значение результатов исследований. Результаты исследований клеточных технологий имеют практическое значение в разных сферах биологии: медицине, сельском хозяйстве, экологии и биоинформатике. Клеточные технологии перспективный метод современной регенеративной медицины. Их развитие открывает целый ряд новых направлений как оказания медицинской помощи (среди которых биобанкинг, заместительная и регенеративная терапия). Также развитие клеточных технологий открывает новые направления в различных секторах сельского хозяйства: животноводстве, растениеводстве и пищевой промышленности, позволяя производить продукты животного происхождения (мясо, молоко, яйца) без выращивания и убоя сельскохозяйственных животных, а также создавать новые формы растений.

Развитие клеточных технологий открывает новые направления в экологии в области очистки воды, очистки воздуха, рекультивации почв и получения энергии из возобновляемых источников, что позволит эффективно решать экологические проблемы.

Основы изучения клеточных технологий в науке

Клеточные технологии — это «совокупность методов, направленных на выделение клеток определенного типа, их культивирование (выращивание) и дальнейшее использование самих клеток (или продуктов их жизнедеятельности) в научных и/или практических целях. Выделенные клетки переносятся на специальную питательную среду искусственного происхождения, где они живут и размножаются» [4].

История клеточных технологий берет свое начало в 16 веке (рисунок 1). Существенный вклад в развитие клеточных технологий внесли Максимов А. А. как один из основоположников учения о гемопоэтических стволовых клетках, Д. Ф. Эндерс, Т. Х. Валлер, Ф. Ч. Роббинс были удостоены Нобелевской премии за открытие метода выращивания вируса в культурах клеток почек обезьян.

Существует множество видов клеточных технологий. Но относящихся к биологии всего 2 вида: клеточная инженерия, представляющая собой совокупность методов клеточной биологии, позволяющих конструировать клетки с новыми свойствами; и тканевая инженерия — междисциплинарная область, которая объединяет принципы инженерии и наук о жизни для разработки биологических заместителей, способных восстанавливать, поддерживать или улучшать функции тканей или органов в организме человека [4].

Рис. 1. Основные этапы большого пути развития клеточных технологий (составлено автором)

К современным методам клеточных технологий относятся перечисленные в таблице 1.

Таблица 1

Современные методы клеточных технологий

Клеточные технологии применяются в разных областях биологии — врастениеводстве, животноводстве, медицине и экологии (рисунок 2).

Эти методы направлены на выделение отдельных типов клеток, их культивирование (выращивание) и использование продуктов жизнедеятельности этих клеток или самих клеток в научных или научно-практических целях [6].

Рис. 2. Применение клеточных технологий в различных областях (составлено автором)

Современная практика и потенциал развития клеточных технологий в биологии

Клеточная инженерия как вид клеточной технологии в биологии позволяет конструировать клетки с новыми свойствами. Метод культивирования клеток и тканей in vitro — это процесс, при котором отдельные клетки (или единственная клетка) прокариот и эукариот выращиваются в контролируемых условиях вне организма.

В настоящее время культуры клеток — это один из мощнейших инструментов, используемых в клеточной и молекулярной биологии. Метод культивирования клеток in vitro используется в разных областях науки (рисунок 3).

Рис. 3. Области использования метода культивирования клеток in vitro (составлено автором)

Культивирование клеток и тканей вне организма (in vitro) проходит следующие этапы: выделение клеток; культивирование; пассирование (пересев); контроль (таблица 2).

Таблица 2

Этапы культивирования клеток и тканей вне организма (in vitro)

Существуют различные способы выращивания клеток in vitro (рисунок 4)

Рис. 4. Способы выращивания клеток in vitro (составлено автором)

В настоящее время актуальны биотехнологии на основе культивируемых клеток — например, клональное микроразмножение растений, селекция растений. Однако у метода есть и ограничения: при выращивании вне организма клетки теряют большинство существующих в организме внешних связей в составе тканей и органов, и сохраняют лишь геном, а все остальные свойства меняются (размеры, скорость роста, экспрессия генов и др.) [5].

Уже много лет клетки и ткани организма активно изучают именно как средство лечебных технологий. Огромных успехов достигла клеточная инженерия в создании искусственных тканей и органов для последующей их трансплантации в организм. Научились выращивать слизистую оболочку полости рта, замещать ткани — костную, хрящевую и мышечную, создавать клапаны сердца, кровеносные сосуды, роговицу глаза, восстанавливать пульпу зуба. Существенный прогресс в выращивании трахеи, бронхов, пищевода, слюнных желез [5]

В области клеточных технологий, однако, существовали и неудачные практики, которые связаны с недостаточным регулированием, ошибками в идентификации клеток или загрязнением культур. Например, в России в 2016 году был принят федеральный закон № 180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах» [1], который не соответствовал мировым практикам. Согласно закону, биомедицинские клеточные продукты были исключены из категорий лекарственных средств, возникла потребность в разработке отдельных регламентов, аналогичных существующим для лекарств. В результате этого более 20 разработок, считавшихся авторами готовыми к внедрению в практику, не прошли этап доклинической апробации.

В 2011 году был принят базовый отраслевой закон № 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан», согласно которому нормативно-правовая база, регулирующая выдачу разрешений Росздравнадзором, утратила свою актуальность, а продукты клеточного происхождения и соответствующие методики лечения снова оказались вне правового регулирования. По всему миру были случаи, когда были неверно идентифицированы клеточные линии [5].

С 1 апреля 2024 года действует редакция ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах», введенная в действие Федеральным законом от 4 августа 2023 года № 466-ФЗ [2]. Закон регулирует отношения, возникающие в связи с разработкой, доклиническими исследованиями, клиническими исследованиями, экспертизой, государственной регистрацией, производством, контролем качества, реализацией, применением, хранением, транспортировкой, вывозом из РФ, уничтожением биомедицинских клеточных продуктов. Также закон регулирует отношения, возникающие в связи с донорством биологического материала в целях производства биомедицинских клеточных продуктов [2].

Однако несомненно актуальными остаются перспективные направления развития клеточных технологий.

В медицине — клеточные технологии открывают возможности для восстановления тканей и органов, утраченных в результате травмы, болезни или старения (регенеративная медицина). А персонализированная медицина позволяет создавать трансплантаты «на заказ» с учетом индивидуальных особенностей пациента, повышая тем самым эффективность и безопасность процедур.

В сельском хозяйстве применение клеточных технологий — инновация, позволяющая открывать новые направления в различных секторах: животноводстве, растениеводстве и пищевой промышленности, позволяя производить продукты животного происхождения (мясо, молоко, яйца) без выращивания и убоя сельскохозяйственных животных, а также создавать новые формы растений.

Развитие клеточных технологий открывает новые направления в экологии в области очистки воды, очистки воздуха, рекультивации почв и получения энергии из возобновляемых источников, что позволит эффективно решать экологические проблемы.

Заключение

Проведенное исследование показало, что на современном этапе развития клеточных технологий несомненно есть как достижения и проблемы, так и перспективы.

Помимо уже существующих технологий в направлении развития в будущем можно ожидать:

— расширение терапевтических возможностей клеточной инженерии для борьбы с широким кругом болезней, в том числе с редкими наследственными патологиями и некоторыми формами нейродегенеративных расстройств;

— расширение применения 3D-биопечати, что приведет к меньшему травматизму сложных хирургических процедур, а период восстановления после них сократится;

— усиление роли искусственного интеллекта в процессе организации процедур трансплантации и прогнозирования иммунных ответов, что будет способствовать уменьшению вероятности возникновения нежелательных последствий и увеличению степени точности в выборе подходящего донорского материала.

— использование наноструктур в терапевтических целях, что позволит им уникальным образом взаимодействовать с биологическими системами, что открывает возможности для новых форм лечения.

Клеточные технологии отличаются высокой степенью неопределенности, что затрудняет прогнозирование эффективности их применения. Этот фактор существенно усложняет процесс оценки возможных исходов и рисков, связанных с использованием клеточных продуктов.

Для успешного внедрения клеточных технологий необходимо преодолеть ряд технологических и рыночных барьеров, а также привлечь государственную поддержку и инвестиции. Некоторые из барьеров: высокая стоимость производства, недостаточная стандартизация продукции и ограниченный доступ к рынкам сбыта. Но несмотря на это клеточных технологий станут доступны. Если не в наше время, то в будущем.

Литература:

1. Федеральный закон «О биомедицинских клеточных продуктах» от 23.06.2016 N 180-ФЗ (последняя редакция).
2. Федеральный закон от 4 августа 2023 года № 466-ФЗ «О внесении изменений в статью 4 Федерального закона «Об обращении лекарственных средств» и Федеральный закон «О биомедицинских клеточных продуктах».
3. Клеточные трансплантаты и развитие новых органических технологий: перспективы и возможности современной медицины. Статья. 2026. — https://medgorod-clinic.ru/stati/kletochnye-transplantaty-i-razvitie-novykh-organicheskikh-tekhnologiy--perspektivy-i-vozmozhnosti-so/
4. Начальные методы клеточной биологии. Учебно-методическое пособие для курса «Клеточная биология: основы биопроцессов» / Н. В. Антипова, Р. В. Черткова, Е. Н. Князев, Д. А. Скворцов; Нац. исслед. ун-т «Высшая школа экономики». — М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2026.
5. От сердца до мозга: ученые выращивают человеческие органы в лаборатории. Статья. Июнь, 2025. — URL:https://www.securitylab.ru/news/549662.php
6. Ткачук Е. А., Семинский И. Ж., Карагяур М. Н. Клеточные технологии (лекция). Байкальский медицинский журнал. 2025;4(2):92–107. https://doi.org/10.57256/2949–0715–2025–4–2–92–107
7. Черкасова Е. И., Брилкина А. А. Работа с культурами клеток/ Учебно-методическое пособие. — Нижний Новгород: Издательство Нижегородского университета, 2015. — 57 с.