В Донском государственном техническом университете (ДГТУ) создали устройство, имитирующее желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) свиньи. Предполагается, что оно будет решать задачи продовольственной безопасности, сельского хозяйства и ветеринарии, а в перспективе — медицины и фармации.
Модельная система имитирует условия пищеварительной системы свиньи как самого распространенного сельскохозяйственного животного. По словам ученых, эта разработка является альтернативой использованию животных — при ее помощи можно исследовать индикаторы их состояния здоровья и продуктивности, изучать микробиоту кишечника, испытывать корма или лекарственные препараты.
Чтобы прийти к данному инженерному решению, специалисты изучили опыт разработки подобных систем, имитирующих ЖКТ как животных, так и человека, и выявили недостатки. В 2024 году был собран лабораторный прототип системы из трех секций, каждая из которых представляла определенный отдел ЖКТ, а в 2025-м ее расширили до пяти секций. В ближайших планах у ученых — практическая апробация опытной установки в ходе испытаний кормов, кормовых добавок и ветеринарных препаратов.
«Помимо базовых комплектующих, для работы установки еще необходимы расходные материалы, которые мы подбираем 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», — рассказал руководитель проекта, заведующий кафедрой «Биотехнические и медицинские системы и технологии» Сергей Шебеко.
Недавно специалисты провели эксперимент по моделированию сообществ кишечных микроорганизмов и валидацию устройства. В течение трех недель пробы кишечной микробиоты свиней культивировали в специально разработанной искусственной кишечной среде при параметрах, максимально приближенных к физиологическим. В результате выяснилось, что микробиологические свойства культивированных микроорганизмов и естественной микробиоты животного идентичны.
По словам ученых, чтобы повысить качество имитации естественных пищеварительных процессов и надежности медико-биологических исследований, установку постоянно оптимизируют.
«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», — пояснил ответственный исполнитель проекта, руководитель Научно-образовательного центра медицинского приборостроения Максим Ханукаев.
Самая амбициозная задача для научной группы — это внедрение установки в сельскохозяйственную практику для разработки кормов и ветеринарных лекарственных препаратов, а в дальнейшем — и в практику фармакологических исследований для медицины.
«Использование таких моделей открывает широкие возможности для апробации новых кормов, кормовых добавок, премиксов, — отметил декан факультета «Агропромышленный» Дмитрий Рудой. — 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».
Работа ведется в ходе государственного задания и стратегического технологического проекта «Единое здоровье».
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национальный проект «Молодежь и дети»).
