Ученые опорного вуза представили модель искусственного желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), имитирующую условия пищеварительной системы свиньи как самого распространенного сельскохозяйственного животного. При помощи такой модельной системы можно не только изучать микробиоту кишечника, испытывать корма или лекарственные препараты, но и исследовать индикаторы состояния здоровья и продуктивности сельскохозяйственных животных.
На начальном этапе проекта учеными ДГТУ был изучен опыт разработки подобных систем, имитирующих ЖКТ как животных, так и человека, и выявлены их недостатки, что позволило предложить ряд оригинальных инженерных решений. Так, в 2024 году специалисты собрали лабораторный прототип системы, состоящий из трех секций, каждая из которых имитирует определенный отдел ЖКТ. В течение 2025 года опытная установка претерпела ряд модификаций и была расширена до 5 секций. В ближайшем будущем экспертам предстоит задача ее практической апробации в ходе испытаний кормов, кормовых добавок или ветеринарных препаратов.
Помимо базовых комплектующих, для работы установки еще необходимы расходные материалы, которые мы пытаемся подбирать из арсенала доступных в медико-биологической сфере, соответствующие определенным техническим требованиям, выдерживающие стандартные режимы стерилизации, что позволяет проводить необходимые экспериментальные исследования. Это важно, потому что снижает стоимость и упрощает эксплуатацию модели.
В последнее время ученые провели эксперимент по моделированию сообществ кишечных микроорганизмов и провели валидацию устройства. В течение трех недель пробы кишечной микробиоты свиней подвергались культивированию в условиях установки в специально разработанной искусственной кишечной среде при заданных параметрах, максимально приближенных к физиологическим. Затем были углубленно изучены микробиологические свойства культивированных микроорганизмов. В итоге были получены результаты, идентичные характеристикам естественной микробиоты животного.
С целью доработки и выявления преимуществ установки ученые ДГТУ постоянно оптимизируют ее, чтобы повысить качество имитации естественных пищеварительных процессов и надежности в медико-биологических исследованиях.
Мы поставили перед собой задачу создать систему с высокой степенью физиологического подобия. Для этого мы разработали ряд принципиально новых вспомогательных устройств. Например, высокоэффективный лопастной магнитный перемешиватель, устройство переноса реакционной среды, устройство имитации механических воздействий со стороны дыхательной системы. Также нами был разработан новый метод дозирования буферных растворов, основанный на применении помп долгосрочной инфузии, который уже прошел испытания и продемонстрировал надлежащую работоспособность.
В перспективе самая главная амбициозная задача научной группы – внедрение установки в сельскохозяйственную практику для разработки кормов и ветеринарных лекарственных препаратов, а в дальнейшем – в практику фармакологических исследований для медицины.
Использование таких моделей открывает широкие возможности для апробации новых кормов, кормовых добавок, премиксов. Ключевым достоинством этого подхода является этический аспект – значительно сокращается число опытов на животных, но при этом модель позволяет с высокой точностью имитировать ключевые параметры их пищеварения: уровень pH, ферментативную активность, время прохождения химуса. С технологической и экономической точки зрения, применение искусственного ЖКТ дает существенные преимущества. Это, прежде всего, снижение стоимости и времени исследований по сравнению с длительными и дорогостоящими производственными испытаниями.
Олеся Фарберович, управление информационной политики
isdstu@mail.ru
