В СамГМУ создали уникальный 3D-атлас клетки с анимацией

В Самарском государственном медицинском университете (СамГМУ) Минздрава России создали уникальный 3D-атлас эукариотической клетки. Разработку вел Центр НТИ «Бионическая инженерия в медицине» СамГМУ совместно с кафедрой общей и молекулярной биологии и Учебно-исследовательской лабораторией молекулярной биологии.

Как пояснила директор Центра НТИ «Бионическая инженерия в медицине» СамГМУ Айкуш Назарян, по отдельности все элементы образовательной платформы существуют и в других странах. Но ни один продукт не связывает все в одну интерактивную систему с контролем темпа процесса и детализацией до отдельных белков, причем на русском языке, и с медицинским, а не школьным уровнем научной глубины.

«Наш университет делает ставку на то, что будущее медицинского образования – за иммерсивными технологиями, где студент не заучивает, а видит и понимает. Разработанный 3D-атлас – доказательство того, что российские вузы способны создавать уникальные образовательные продукты мирового уровня», – подчеркнул ректор СамГМУ член-корреспондент РАН Александр Колсанов.

Главной проблемой преподавания цитологии всегда было то, что клетка – трехмерный объект, а показывают ее в двух измерениях, отметила проректор по образовательной деятельности СамГМУ, заведующая кафедрой общей и молекулярной биологии Юлия Мякишева: «Схема на странице учебника не передает пропорций, взаимного расположения органелл (частей клеток) и динамики процессов. 3D-атлас СамГМУ закрывает этот разрыв. Пользователь может масштабировать клетку, вращать ее под любым углом, «извлекать» органеллы из объема как детали конструктора и изучать каждую в отдельности с подробным описанием. При этом модель построена на современных научных представлениях об ультраструктуре клетки: двойная мембрана с ядерными порами, кристы митохондрий, рибосомы на шероховатом ЭПР, стадии отшнуровки везикул от аппарата Гольджи. Все это – результат кропотливой работы по научным референсам с участием биологов-экспертов».

Формы органелл в атласе строго соответствуют данным электронной микроскопии, а фотореалистичные PBR-текстуры созданы на основе микрофотографий.

Атлас также включает раздел «Процессы» с анимированными моделями ключевых процессов жизни клетки: репликация ДНК; биосинтез белка; компактизация хроматина; митоз и мейоз; движение везикул; амитоз.

При этом каждый процесс можно остановить в нужной точке: слайдер анимации позволяет разобрать любой механизм по кадрам. Компоненты клетки можно включать и отключать – от полного вида до молекулярного уровня. 

«За красивой оболочкой стоит серьезная инженерия. Модель оптимизирована под real-time-рендеринг и подготовлена к работе в движке Unity, что открывает путь к запуску на самых разных платформах – от компьютерных классов до мобильных устройств. А научная достоверность позволяет использовать атлас не только в школе, но и на медицинском факультете», – отметила Айкуш Назарян.

3D-атлас уже используется в обучении студентов на занятиях в Учебно-исследовательской лаборатории молекулярной биологии СамГМУ.

Следующим шагом разработчики планируют создать другие типы клеток: растительную, грибную, нейрона, миоцита, эритроцита, макрофага, половых клеток.

«Для нашей лаборатории работа над атласом стала не просто техническим заданием, а полноценным научным исследованием. Каждая органелла, каждая стадия процесса сверялась нами с актуальными данными электронной микроскопии и молекулярной биологии. Мы отказались от упрощений, которые обычно допускают в школьных схемах: это принципиально, ведь студент-медик должен с первого курса работать с корректной научной картиной клетки, а не с ее упрощённой иллюстрацией. При этом атлас позволяет варьировать глубину изучения – от обзорного знакомства до детального разбора, поэтому он будет полезен и школьнику, и студенту-медику, и преподавателю. Уверена, что такая интеграция науки и образования – правильный вектор развития медицинского университета», – говорит заведующая Учебно-исследовательской лабораторией молекулярной биологии СамГМУ Юлия Халитова.

СамГМУ является одним из признанных лидеров по разработке и внедрению современных образовательных программных комплексов и ПО с использованием технологий 3D-моделирования и технологий виртуальной реальности. Одна из самых известных разработок СамГМУ и компании «Развитие» – 3D-атлас анатомии человека «Пирогов», который уже используется более чем в 400 учреждениях по всей России и в 19 странах мира. СамГМУ также является разработчиком 14 обучающих виртуальных тренажеров, на которых прошли обучение уже более 16 000 студентов.

Разработана линейка цифровых трехмерных атласов СамГМУ для оснащения агротехнологических классов. В кооперации с Самарским государственным аграрным университетом созданы интерактивные трехмерные атласы «Курица домашняя», «Корова», «Кошка», «Свинья» и «Лягушка».

Для распространения и демонстрации разработанных в СамГМУ анатомических атласов запущен специализированный сайт. Ресурс призван стать единой точкой доступа для образовательных учреждений и профильных специалистов к передовым цифровым продуктам университета.

Фото: пресс-служба СамГМУ.