ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТОКСИКОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ. БИОМОДЕЛИ НУЛЕВОГО ПОРЯДКА

Бонитенко Евгений Юрьевич; Кашуро В.А.; Башарин В.А.

EDN: https://elibrary.ru/alhmie

DOI: https://doi.org/10.31089/1026-9428-2022-62-11-718-732

Бонитенко ЕЮ.1,2, Кашуро В.А.3,4,5, Башарин В.А.6

Вопросы моделирования в экспериментальной токсикологии и медицине. Биомодели нулевого порядка

1ФГБУН «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова», пр. Будённого, 31, Москва, 105275;

2ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства», ул. Бехтерева, 1, Санкт-Петербург, 192019;

3ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека» ФМБА, г.п. Кузьмоловский, Всеволожский район, Ленинградская область, 188663;

4ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Минздрава России, ул. Литовская, 2, Санкт-Петербург, 194100;

5ФГБОУ ВО «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена», наб. р. Мойки, 48, Санкт-Петербург, 191186;

6ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» Минобороны России, ул. Лебедева, 6, Санкт-Петербург, 194044

Введение. Создание адекватных моделей для изучения процессов взаимодействия человека с окружающей средой является ключевой проблемой современной экспериментальной биологии и медицины. Это связано с тем, что от выбора биообъекта и характеристик фактора непосредственно на него воздействующего зависят, как результаты проведённых исследований, так и рекомендации, разрабатываемые на их основе. Следует отметить, что ошибки, связанные как с несоответствием разработанной экспериментальной патологии моделируемым состояниям для человека, так и с выбором способа оценки безопасности ксенобиотиков являются критическими и могут привести к серьёзным последствиям. Цель исследования — на основании анализа данных литературы определить существующие тенденции в вопросах биомоделирования и экстраполяции полученных результатов, реализуемые в настоящее время в экспериментальной токсикологии и медицине.

Материалы и методы. В качестве материалов были использованы 45 отечественных и зарубежных научных публикаций. Методом исследования являлся анализ и обобщение представленных в научных публикациях материалов. Результаты. Рассмотрены такие компоненты экстраполяционного моделирования как создание адекватной модели, соблюдение принципов надлежащей лабораторной, а также экстраполяция полученных данных на человека. Дано определение экспериментальной модели патологии (заболевания) человека как состояния, развивающегося у лабораторного животного под действием этиологического фактора, которое наиболее полно отражает основные проявлениях заболевания, возникшие на основе общего для человека и используемой биомодели патогенеза. Введён термин биомодели нулевого порядка и дано его определение как объекта используемого для биомоделирования. Представлена классификация биомоделей нулевого порядка.

Заключение. В настоящее время все большее значение при проведении медико-биологических исследований играют вопросы, связанные с их стандартизацией, что выражается в появлении большого количества нормативных документов, регламентирующих не только порядок их проведения, но и требования к используемым для этих исследований биологическим моделям. Однако, несмотря на существующие тренды, ключевым моментом в проведении всех исследований были и остаются вопросы, связанные с экстраполяцией полученных данных на человека.

Проведённый анализ позволяет говорить о том, что в практику медико-биологических исследований активно внедряются новые биологические модели (0-го порядка), по своим характеристикам полностью соответствующие прототипу — человеческий биологический материал, получаемый из различных источников. Отличительной особенностью указанных моделей является отсутствие необходимости экстраполяции полученных результатов на человека. Проведённый анализ свидетельствует о том, что в настоящее время существуют все предпосылки для проведения исследований с использованием практически всего спектра биологических моделей 0-го порядка, указанных в настоящей публикации в рамках существующего правового поля.

Ключевые слова: биомодели; биомоделирование; биомодели нулевого порядка; классификация; лабораторные животные; надлежащая лабораторная практика; экстраполяция данных

Для цитирования: Бонитенко Е.Ю., Кашуро В.А., Башарин В.А. Вопросы моделирования в экспериментальной токсикологии и медицине. Биомодели нулевого порядка. Мед. труда и пром. экол. 2022; 62(11): 718-732. https://elibrary.ru/alhmie https://doi.org/10.31089/1026-9428-2022-62-11-718-732

Для корреспонденции: Бонитенко Евгений Юрьевич, главный научный сотрудник лаборатории разработки метода газожидкостной искусственной вентиляции лёгких, ФГБНУ «НИИ МТ». E-mail: [email protected] Участие авторов:

Бонитенко Е.Ю. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста;

Кашуро В.А. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста;

Башарин В.А. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления: 12.10.2022 / Дата принятия к печати: 18.11.2022 / Дата публикации: 12.12.2022

Введение. Создание адекватных моделей для изучения процессов взаимодействия человека с окружающей средой является ключевой проблемой современной экспериментальной биологии и медицины. Это связано с тем, что от выбора биообъекта и характеристик фактора непосред-

ственно на него воздействующего зависят, как результаты проведённых исследований, так и рекомендации, разрабатываемые на их основе. Следует отметить, что ошибки, связанные как с несоответствием разработанной экспериментальной патологии моделируемым состояниям для

человека, так и с выбором способа оценки безопасности ксенобиотиков являются критическими и могут привести к серьёзным последствиям.

Всем специалистам, работающим в области экспериментальной токсикологии и медицины, известны сложности, с которыми сталкивается исследователь при экстраполяции полученных данных с биомоделей на человека даже в случае многоуровневого моделирования, т. е. сочетанного использования биомоделей различных порядков. Так, в настоящее время классическим может считаться вариант проведения прогностических исследований, включающий в себя несколько последовательных стадий:

- теоретический выбор биомодели(ей) для моделирования состояния/патологии для человека;

- разработка математической модели состояния/патологии для человека и предполагаемых биомоделей;

- пробное моделирование состояния/патологии для выбора адекватной(ых) биомодели(ей);

- проведение исследований на выбранной(ых) биомодели(ях);

-валидация и верификация выбранной(ых) модели(ей);

- экстраполяция полученных данных на человека с использованием математических моделей.

Однако, как показывает наш опыт даже в таком, казалось бы, идеальном варианте ошибка при экстраполяции полученных данных на человека может быть весьма существенной. В связи с чем, в последние годы на фоне роста технических возможностей, а также появления новых технологий наметился ряд новых подходов, которые могут помочь решить существующие проблемы.

Моделирование в биологии и медицине — это создание и управление процессами популяционного, организ-менного, системного, тканевого, клеточного и субклеточного уровней с целью понимания сущности физиологических и патологических состояний и влияния на их течение. Моделирование в экспериментальной науке подразумевает воздействие фактором на организм животных, на их функциональные системы или на клеточные культуры с последующим переносом (экстраполяцией) полученной информации на человека [1].

Адекватность используемой модели означает максимально возможное сходство вызванного воздействием фактора состояния экспериментального животного с процессами, в том числе и патологическими, выявляемыми у человека. Критериями адекватности экспериментальной модели могут служить различные показатели функциональных систем организма, в первую очередь центральной нервной (ЦНС), сердечно-сосудистой, дыхательной, и параметры гомеостаза. Выбор и создание экспериментальных моделей для изучения влияния фактора (воздействия) могут быть обоснованы с учётом следующих критериев:

- сходство у человека и экспериментальной модели биологических параметров систем, реагирующих на вредный фактор;

- максимальной возможности воспроизведения на лабораторных животных всего спектра проявлений воздействия фактора у человека;

- близость чувствительности по показателям реакции на воздействие фактора, устанавливаемым для человека и модели, а также общность характеристик метаболических процессов.

В настоящее время проблему экстраполяционного моделирования в упрощённом виде можно свести к трём ключевым моментам:

- создание адекватной модели;

- соблюдение принципов надлежащей лабораторной практика (НЛП; GLP — good laboratory practice) в процессе выполнения работы;

- экстраполяции полученных данных на человека.

Создание адекватной модели. В зависимости от преследуемой экспериментатором цели модели могут быть объяснительными, исследовательскими и прогностическими. Объяснительные модели используются для понимания сложной биологической проблемы. Исследовательские модели предназначены для определения биологического механизма как фундаментального, так и частного. В то время как прогностические модели предназначены для обнаружения и количественной оценки воздействия. Наиболее часто для достижения поставленных целей исследователи в качестве биомоделей используют лабораторных животных.

Лабораторные животные — это классические биологические модели первого порядка, реакции которых на действие факторов во многом подобны их эффектам у человека. Животные как модели широко используются в экспериментальных исследованиях для увеличения знаний о человеке и решения целого ряда фундаментальных и прикладных задач различных областей медицины [2].

Критериями подобия, обусловливающими адекватность моделирования и надёжность экстраполяции, являются:

- сходство у человека и экспериментальной модели параметров биологических систем, реагирующих на воздействие;

- общность характеристик метаболических процессов;

- близость чувствительности, то есть значений количественных показателей, установленных для человека и лабораторного животного.

Однако, данные, которые получены в эксперименте особенно на мелких лабораторных животных, следует переносить на реальные обстоятельства развития патологии у человека с большой осторожностью [3].

Следует отметить, что часто при изучении эффективности новых лекарственных средств, а также немедикаментозных методов лечения различных заболеваний специалистам на моделях I-го порядка приходится моделировать не конкретную нозологическую форму заболевания, которая выделяется как самостоятельная на основе установленной причины (этиологии), особенностей развития (патогенеза) и типичных внешних и внутренних проявлений, а синдромосходное состояние. Это обусловлено тем, что на биообъектах, как правило, невозможно смоделировать конкретную нозологическую форму заболевания, а возможно смоделировать — только её часть, к которой относятся элементы патогенеза и ряд «типичных» внешних и внутренних проявлений. Подобный подход объясняется тем, что при создании экспериментальной модели заболевания (патологии) исследователь руководствуется универсальностью ответа организма на воздействие, которая проявляется в виде компенсаторных реакций и типовых патологических процессов. При таком подходе вместо этиологического фактора может быть использован другой (подобный — близкий по характеристикам, но более доступный) с учётом того, что ответ биомодели

будет идентичным или максимально близким прототипу по основным характеристикам. В таком случае мы имеем дело по сути с «суррогатной» (эрзац) моделью патологии у людей. Таким образом, модели заболеваний (патологических состояний) по подходам к моделированию можно разделить на этиотропные, патогенетические и синдро-мальные (синдромоподобные).

Также хотелось бы отметить, что до настоящего времени нет чёткого определения понятия «экспериментальная модель патологии (заболевания) человека». По нашему мнению, под экспериментальной моделью патологии (заболевания) человека должно пониматься состояние, развивающееся у лабораторного животного под действием этиологического фактора, на основе общего для человека и используемой биомодели патогенеза, которое наиболее полно отражает основные проявления заболевания.

В свою очередь в случае невозможности непосредственного моделирования заболевания в качестве экспериментальной модели для проведения исследований могут быть использованы «суррогатная» модель патологии людей.

Помимо биомоделей первого порядка (лабораторных животных-млекопитающих), существуют биомодели II-го и III-го порядка. В настоящее время в исследованиях все чаще применяются альтернативные модели второго порядка (различные гидробионты, бактерии, ферменты, культуры клеток и др.) [4]. При этом часто результаты непосредственно переносятся с тест-объектов на человека, что, как правило, не всегда сопровождается детальным анализом и доказательством правомерности такого подхода [5-8]. Биомодели третьего порядка — это математические модели, описывающие биологические процессы. Следует отметить, что их применимость в исследованиях в настоящее время также недостаточно проработана.

Следует отметить, что ни один из этих подходов не претендует на всеобъемлемость, так как не охватывает все стороны прототипа — человека. Однако всё-таки, биомодели I-го порядка наиболее полно отражают собственно биологическую сущность человека, не претендуя на социальную составляющую, а также производные этого вида деятельности homo sapiens [9].

Соблюдение принципов надлежащей лабораторной практики. Надлежащая лабораторная практика — это система норм, правил и указаний, направленных на обеспечение согласованности и достоверности результатов лабораторных исследований [10].

На основании стандартов GLP осуществляется планирование и проведение исследований, а также составление протоколов и оформление отчётов. Соблюдение правил GLP позволяет обеспечивать достоверность результатов исследований и их воспроизводимость. Правила GLP определяют в первую очередь технологию проведения доклинических исследований, связанных с изучением безопасности и/или эффективности исследуемого вещества.

Правила GLP включают в себя требования к организации испытаний; личному составу исследователей; помещениям, в которых проводятся испытания; лабораторному оборудованию и его калибровке; испытуемому и контрольному веществу; составлению и проведению подробной стандартной методики экспериментальных работ (СОП; SOP — standard operating procedure) и порядку проведения испытаний (протокол); регистрации данных и оформлению отчёта; службе контроля за каче-

ством испытаний; стандартным методикам экспериментальных работ [10].

Кроме того, принципы GLP включает в себя требования к выбору тест-систем (в том числе и экспериментальных животных) и работе с ними, правда, преимущественно при оценке безопасности химических соединений в рамках доклинических исследований новых лекарственных препаратов [11]. При проведении доклинических исследований новых лекарственных средств большое внимание в последнее время уделяется вопросам валидации используемых биологических моделей, т. е. их проверке на соответствие требованиям системы менеджмента качества.

По сути, валидность является следствием надёжности, т. е. свидетельствует о повторяемости и точности измерений, а также подтверждает соответствие того, что измерялось, тому, что должно было быть измерено. Однако в моделировании надёжность не является следствием подобия или точности соответствия модели объекту, а лишь основанием для последующей корректной экстраполяции на человека полученных на экспериментальной модели результатов.

По мнению Н.Н. Каркищенко «... валидация является «анатомией», а экстраполяция «физиологией» процессов биомоделирования, т. к. первая представляет собой отражение структуры процесса и поиска изоморфно-сти, а вторая — ... ориентирована на нахождение прежде всего динамических составляющих в критериях подобия и переноса» [12].

Экстраполяция полученных данных на человека. Экстраполяция полученных данных на человека, полученных в экспериментальных исследованиях на животных, является одной из основных задач современной биологии и медицины. Проблема переноса экспериментальных данных на человека, как правило, решается с целью определения, во-первых, характеристик воздействующего фактора, который может вызывать или не вызывать у человека определённые изменения, сходные с реакциями у животных; во-вторых, с целью определения динамики этих изменений (время начала и продолжительность); в-третьих, для установления и учёта качественных отличий в реакциях человека по сравнению с другими видами млекопитающих [1].

Экстраполяция полученных результатов на человека — обязательный, сложный и неоднозначный этап любого экспериментального моделирования. Наиболее полно принципы экстраполяции разработаны в области оценки острой и хронической токсичности веществ для человека на моделях первого порядка. При этом используется либо прямой перенос данных с животных на человека, либо вводятся корректирующие коэффициенты [13-15].

В современной науке основной принцип моделирования и экстраполяции основан на аналогиях, которые можно назвать структурно-функциональными и функционально-структурными. При первом варианте из прототипа вычленяется какой-то элемент или функция, затем воспроизводится на животном и сравнивается с оригиналом. Второй вариант, то есть, функционально-структурные аналогии, можно охарактеризовать как аналогию взаимоотношений. Если с модели на прототип переносится любое отношение переменных единиц, то мы имеем дело уже с чистой аналогией взаимоотношений, которые лишь в некоторых случаях можно описать биомоделями 111-го порядка [16].

Биологические модели 11-го порядка могут с большей или меньшей полнотой представить данные от молекуляр-

ного до клеточного уровня. Однако использовать эти модели для экстраполяции процессов, связанных с функционированием тканей, органов, процессов высшей нервной деятельности невозможно. Для абсолютного большинства ксенобиотиков прямая экстраполяция данных с моделей 11-го порядка на человека так же невозможна в связи с отсутствием необходимого научного обоснования [7].

При экстраполяции очень важно учитывать тот факт, что между результатами наблюдения на людях и исследованиями на животных имеются не только количественные, но и качественные различия. В опытах на некоторых видах животных невозможно воспроизвести отдельные биохимические и обменные реакции, происходящие в организме человека [17, 18]. В зависимости от характера и задач исследования, в каждом конкретном случае необходимо выбирать такую модель, которая наиболее адекватно позволит воссоздать соответствующий процесс у человека. Поэтому при биомоделировании и экстраполяции исходят из следующих постулатов, предпосылок и условий:

- несмотря на имеющиеся видовые особенности, разработка подходов к экстраполяции возможна и необходима, так как все-таки существует близость анатомо-физиологических свойств и биохимических процессов организма человека и животных;

- наличие одинаковых органов, однотипность их функционирования, сходство основных функций;

- сходство химического состава и структуры большинства тканей организма;

- качественная однородность основных биологических процессов;

- основные реакции обмена веществ и энергии качественно сходны у животных и человека;

- сходство в изотопном составе поступающих в организм из окружающей среды воды, воздуха, органических и неорганических питательных веществ;

- динамика обмена попавших в организм веществ обусловлена и количественно связана с основными метаболическими процессами, происходящими в организме;

- изменения, развивающиеся в организме животных и человека после воздействия ксенобиотиков и разных факторов окружающей среды, в основном, качественно однотипны.

Понятие «биомоделирование» предполагает, таким образом, существование двух объектов — модели и прототипа, то есть, животного и человека. Исследование одного даёт возможность делать выводы о другом. Логическими основаниями метода биомоделирования могут служить любые выводы, в которых биологические посылки относятся к одному объекту, а научное заключение — к другому [1, 15].

Таким образом, под биомоделью понимается такая мысленно представляемая или материально реализованная система жизнедеятельности исследуемых животных, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что её изучение даёт новую информацию о человеке и для человека [19, 20, 21].

При сравнении признаков модели с прототипом чаще всего пользуются методом аналогии [1, 16]. В качестве общего условия правомерности вывода по аналогии является требование того, чтобы сопоставляемые друг с другом свойства сравниваемых предметов были точечными. В то же время они должны быть множественными, например, соответствие биохимических, физиологических, фармако-

кинетических и фармакодинамических показателей человека и животных [1].

Если сравниваемым предметам приписываются одинаковые линейные или многомерные свойства, то их уточнение может привести к различным точечным свойствам. Если же сравниваемые свойства являются точечными, то процедура уточнения является излишней, и утверждение о тождественности этих свойств у разных животных не будет вызывать сомнений, что позволяет приступить к формулировке правил вывода по аналогии [16].

Для свойств, которые приведены в посылах, должно быть существенно то, что они принадлежат именно сравниваемым явлениям и являются специфичными для сравниваемых объектов. При этом, чем более специфичен факт, тем менее он вероятен. Значение этого положения объясняется с позиций теории информации, в соответствии с которой, чем менее вероятен факт, описываемый данным утверждением, тем большее количество информации он в себе содержит. Поэтому рассмотренное условие повышения степени правдоподобия вывода по аналогии эквивалентно требованию о том, чтобы посылы содержали в себе возможно больше информации о сравниваемых объектах [16].

При использовании аналогий взаимоотношений само понятие изоморфизма структур модели и прототипа отодвигается на второй план. Аналогия установления изоморфизма становится не предпосылкой, а результатом вывода [22].

В биологии и медицине, как и в целом в формальнологическом моделировании, общепринятыми являются четыре критерия пространственного подобия:

1. Пространственное сходство или общность морфо-функциональных характеристик органов и систем у прототипа человека и его биологической или альтернативной модели (экстраполяция 1-го уровня).

2. Единство или сходство метаболических, нейроре-гуляторных, двигательных, эндокринных и экзокринных функций или их аналогов в альтернативных моделях (экстраполяция 11-го уровня).

3. Единство или максимальное сходство эффектов критических систем и органов по их реагированию на выбранное или исследуемое воздействие (экстраполяция 111-го уровня).

4. Сопоставимость констант или иных параметров, количественно оцениваемых и математически описываемых в системе гомогенных функций у прототипа, животного или альтернативного объекта (экстраполяция ГУ-го уровня).

Соблюдение в модели этих критериев подобия позволяет осуществлять эффективную экстраполяцию с модели на прототип и обратно. Однако существуют формулировки достаточных условий подобия, в которых исключено понятие о критериях. Понятие подобия также можно сформулировать как подобие условий однозначности при тождественности основной системы уравнений, описывающих оба явления. То есть, для подобия явлений, кроме тождественности уравнений, достаточно геометрического и временного подобия, подобия биологических констант, начальных и граничных условий, функций и эффектов. Итак, пятый, временной вид подобия (гомохрония), не входит ни в одно из подмножеств пространственного подобия (экстраполяция У-го уровня) [12].

В таблице 1 даны основные методы «содружественной» оценки основных функций и некоторых показателей гомеостаза человека и животных.

Таблица 1 / Table 1

Экстраполяционные подходы к исследованию функций человека и их моделированию на лабораторных Extrapolation approaches to the study of human functions and their modeling on laboratory

Критерии оценки Методы исследования

Человек Животное

Физиологические реакции - регистрация температуры тела, частоты дыхания, артериального давления, сердечных сокращений, показателей кардиоинтервалометрии, ЭКГ, внешнего дыхания, двигательной активности, теплообмена, потребления кислорода, основного обмена, эхографии и др.

Клинико-лабораторные и биохимические показатели - оценка показателей соматического статуса, крови (СОЭ, количество эритроцитов, гемоглобина, форменных элементов белой и красной крови и др.), мочи (удельный вес, суточное количество, микроскопия осадка, наличие белка, эритроцитов, лейкоцитов и др.), биохимических показателей крови и сред организма

Высшая нервная деятельность и нейро-динамические реакции - показатели выработки классических условных рефлексов (скорость появления, закрепления, время угасания, устойчивость в пробах, время условной и безусловной реакции и др.); - показатели выработки дифференцировочных рефлексов (скорость появления и закрепления, время угасания, устойчивость и др.); - электроэнцефалографические и нейродинамические показатели:

- основаны на реакциях 1-й и 2-й сигнальной системы - основаны на реакциях 1-й сигнальной системы

Выполнение целенаправленных действий

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а) физическая выносливость - бег на местности, на ленте тредбана, велоэргометрия, PWC-170, плавание, кистевая и становая динамометрия, преодоление полосы препятствий и др. - бег на ленте тредбана, PWC-170, плавание, скоростное плавание по Kiplinger, измерение силы сгибателей передних конечностей, преодоление барьеров и др.

б) операторские действия - результаты выполнения целенаправленных действий дискретного (по сигналам) или интегрального (со слежением) характера - результаты выполнения навыков с выбором образца оперантных (инструментальных) навыков в челночной, прыжковой, одно- и двухпедальной камерах и др.

Важнейшим свойством сложных систем, к которым, относятся биосистемы, является их структурная и функциональная неоднородность и многообразие. Они, в свою очередь, связаны многомерностью, проявляющейся в большом количестве разнородных параметров, в многообразии связей между одно- и разнородными параметрами, характеризующими работу данной биосистемы. Ещё одной особенностью биосистем является динамичность их взаимодействия со средой.

Поэтому экстраполяция результатов экспериментальных данных на человека представляется весьма сложной, во многом нерешённой задачей, которая сопряжена с необходимостью учёта множества факторов, требующих разработки дифференцированных алгоритмов переноса в зависимости от характера биологического эффекта [15]. Достижение высокого уровня, качества и соответствия экстраполяции в отношении человека должно строиться на моделях различных порядков и использовании качественных животных-моделей.

Систематизацией сравнительных характеристик различных организмов в целях оптимизации переноса экспериментальных данных на человека занимается аллометрия (allos — другой, иной). Аллометрия включает не только и не столько взаимные измерения, а, прежде всего, установление сходства морфофункциональных характеристик и иных важнейших параметров в целях экстраполяции [15, 16]. В свою очередь, аллометрические уравнения являются выражением регрессии, которая описывает вариацию одного параметра в зависимости от другого (обычно

от веса тела), и определяется способом, выбранным для их нахождения, являясь статистической аппроксимацией, а не функцией математической зависимости. Кроме того, они учитывают такие показатели, как интенсивность метаболизма, анатомические параметры, частоту сердечных сокращений и характеристики биохимического статуса организма [12, 15].

Однако, несмотря на хорошие теоретические основы по выбору модельных биообъектов для проведения исследований, вопросы моделирования конкретной экспериментальной патологии, за исключением доклинической оценки безопасности новых лекарственных препаратов, представляют существенные сложности.

Так как реакция на выбранное воздействие может оказаться не линейной, и не подчиняться закону нормального распределения Гаусса, а протекать не по одному, а нескольким сценариям у животных одной и той же группы при одинаковом воздействии, при этом закономерность «доза-эффект» не всегда может быть определена. В качестве оптимального варианта решения этой проблемы может быть предложена разработка математических моделей патологии для человека и выбранного биообъекта с последующим расчётом показателей для прототипа по результатам проведённых исследований, что и будет являться экстраполяцией. Кроме того, для оценки, как самого воздействия, а тем более и способов его коррекции приходится, как правило, ориентироваться на «суррогатные точки», что также осложняет процесс экстраполяции полученных данных.

В связи, с этим в последнее время все чаще стали появляться исследования, в которых для достижения цели используются нестандартные подходы к моделированию. Так, в работе Т.В. Горбачёвой с соавторами (2018 г.) при изучении биотрансформации этиленгликоля и его эфиров, а также влияния ингибиторов метаболизма спиртов на скорость их метаболизма, в качестве тест систем были использованы гомогенаты печени нелинейных крыс и человека [23]. В данном случае гомогенаты печени крыс, в соответствии с требованиями, предъявляемыми к биомоделям, могут быть отнесены к моделям первого порядка, так как соответствовали прототипу, как по качественным, так и по количественным показателям. Однако, в отличии от классических моделей Г-го порядка, экстраполяция полученных с использованием гомогенатов печени крыс данных на гомогенаты печени человека и прототип вообще может быть осуществлена только с использованием коэффициентов пересчёта, а не прямого переноса [23]. Для экстраполяции данных с моделей Г-го порядка на человека может быть применён либо прямой перенос, либо корректирующие коэффициенты, в то время как для моделей ГГ-го порядка для этого используются только последние [7, 13, 24, 25]. Следует отметить, что коэффициенты пересчёта отражают не качественные, а количественные различия между прототипом и биомоделью. В свою очередь гомогенаты печени человека при изучении ингибиторов метаболизма спиртов могут рассматриваться как модели нулевого («0») порядка, так как данная тест-система сама по себе является элементом прототипа [23].

Биомодели нулевого порядка. К биомоделям «0» порядка может быть отнесён как сам прототип, так и отдельные его элементы (органы, ткани, клетки и т. д.). Учитывая то обстоятельство, что здоровый человек не может являться биомоделью, будучи прототипом, то соответственно речь в данном случае идёт либо о трупе, либо об определённых состояниях, при которых человек может быть признан «биообъектом».

К таким состояниям может быть отнесена смерть ствола (полная смерть) мозга, а также персистирующее вегетативное состояние. Смерть ствола подразумевает необратимую потерю важнейших характеристик, необходимых для существования живого человека (утрату способности

поддерживать сознание и самостоятельное дыхание). Однако при этом с помощью протезирования жизненно важных функций искусственно может поддерживаться сердечная деятельность, кровообращение и дыхание, создающие видимость жизни. В свою очередь у пациента, находящегося в хроническом вегетативном состоянии, при сохранении самостоятельного дыхания и других жизненно важных функций смерть ствола мозга не происходит [26].

Что касается отдельных элементов прототипа (органов, тканей, клеток и т. д.), то они могут быть получены в процессе секции, оперативного вмешательства, от донора или выращены в пробирке и могут быть использованы в качестве биомоделей, как в нативном виде, так и после соответствующей подготовки.

В соответствии с этим для биомоделей 0-го порядка может быть предложена следующая классификация (табл. 2).

В настоящее время забором человеческого биологического материала занимаются государственные и коммерческие организации, имеющие соответствующую лицензию на данный вид деятельности. В свою очередь хранением занимаются специально создаваемые для этих целей биобанки. Биобанк — это структура, созданная с целью долгосрочного ответственного хранения биологических образцов различного происхождения и ассоциированных с ними данных для их дальнейшего использования в научных и клинических исследованиях. К работе биобанков предъявляются следующие требования:

- строгое соблюдение этических норм и ответственное отношение к персональным данным пациентов и доноров;

- стандартизация процедур обработки, транспортировки и хранения биоматериала;

- сбор и ответственное хранение информации, ассоциированной с биообразцами.

Хотелось бы более подробно остановиться на некоторых вопросах правового регулирования при работе с биомоделями 0-го порядка. В настоящее время нормативной базы, регламентирующей использование целостного организма для проведения научных исследований, не существует. Однако, несмотря на имеющийся правовой вакуум

Таблица 2 / Table 2

Классификация биомоделей 0-го порядка Classification of zero-order biomodels

1. По степени организации: 2. По происхождению

- целостный организм; - труп; - после смерти головного мозга; - находящийся в хроническом вегетативном состоянии; - полученный in vitro (эмбрионы) [27] - изолированные органы [28, 29]; - изолированные ткани [30, 31]; - выделенные клетки или гомогенаты [32]; - выделенные органеллы [33]; - выделенные ферменты [34, 35]; - другой биологический материал [36, 37]. - трупного происхождения; - от живого донора; - от живого донора в процессе оперативного вмешательства; - полученные in vitro (в том числе ЗС-принтингом).

3. По вопросам правового регулирования, возникающим при работе с ними (регламентируемые):

- Федеральным законом «О погребении и похоронном деле» от 12 января 1996 года № 8-ФЗ. - Законом Российской Федерации «О трансплантации органов и(или) тканей человека» от 22 декабря 1992 года № 4180-1 (в ред. от 08.12.2020 года). - Федеральным законом «О донорстве крови и её компонентов» от 20 июля 2012 года. № 125-ФЗ. - Ведомственными правовыми актами. - Не имеющие чёткой правовой основы.

в данном вопросе, существует механизм, позволяющий, как получить разрешение, так и провести подобные исследования. Таким механизмом может являться принятие решения Учёным советом профильного Национального медицинского исследовательского центра [38] или Научным советом Министерства здравоохранения России [39] о целесообразности проведения научных исследований на целостном организме. После согласования протокола предполагаемого исследования комиссией по биоэтике можно приступать к их проведению.

В настоящее время порядок работы с донорскими органами и тканями регламентируется Законом РФ от 22.12.1992 г. № 4180-1 (в ред. от 08.12.2020 г.) «О трансплантации органов и(или) тканей человека». Для проведения исследований с этой категорией биообъектов также требуется решение Учёного совета и заключение этической комиссии научной организации, однако в данном случае это могут быть не национальные медицинские исследовательские центры.

Следует отметить, что право на человеческий биологический материал в соответствии с действующим законодательством принадлежит научной (медицинской) организации, в которой произошло его отделение от тела донора, в том случае если он не признается имуществом или объектом права собственности [40]. В настоящее время в России существует два общепризнанных ограничения такого права собственности — информированное добровольное согласие [41] и право на охрану персональных данных донора [40, 42]. В ряде случае порядок работы с конкретными видами биоматериала (кровью и её компонентами и др.) может быть регламентирован отдельными нормативными правовыми актами [43, 44].

Заключение. В настоящее время все большее значение при проведении медико-биологических исследований играют

вопросы, связанные с их стандартизацией, что выражается в появлении большого количества нормативных документов, регламентирующих не только порядок их проведения, но и требования к используемым для этих исследований биологическим моделям. Однако, несмотря на существующие тренды ключевым моментом в проведении всех исследований были и остаются вопросы, связанные с экстраполяцией полученных данных на человека.

Проведённый анализ позволяет говорить о том, что в практику медико-биологических исследований активно внедряются новые биологические модели, по своим характеристикам, полностью соответствующие прототипу — человеческий биологический материал, получаемый из различных источников. Отличительной особенностью указанных моделей (0-го порядка) является отсутствие необходимости экстраполяции полученных результатов на человека. Ещё одним преимуществом моделей 0-го порядка при их использовании в качестве группы сравнения является возможность применения коэффициентов прямого пересчёта отдельных моделей П-го порядка (структурных элементов моделей I-го порядка).

Кроме того, проведённый анализ свидетельствует о том, что в настоящее время существуют все предпосылки для проведения исследований с использованием практически всего спектра биологических моделей 0-го порядка, указанных в настоящей публикации в рамках существующего правового поля.

Учитывая очевидные преимущества моделей 0-го порядка над другими, можно говорить о том, что в скором будущем использование последних может стать рутинными, что приведёт к изменению существующих в настоящее время стандартных подходов при проведении научных исследований в экспериментальной токсикологии и медицине.

Список литературы

1. Каркищенко Н.Н. Альтернативы биомедицины. Том 1. Основы биомедицины и фармакомоделирования. М.: Изд-во ВПК; 2007.

2. Andersen M.L., Winter L.M.F. Animal models in biological and biomedical research — experimental and ethical concerns. An Acad Bras Cienc. 2019; 91(1): e20170238. https://doi. org/10.1590/0001-3765201720170238

3. Антропова О.С., Стрельченко Ю.И. Способ экстраполирования экспериментальных данных на организм человека. Вестник гигиены и эпидемиологии. 2021; 26 (3): 297-300.

4. Горбачева Т.В., Бонитенко Е.Ю., Башарин В.А., Бонитен-ко К.Е. Обоснование использования Daphnia Magna Stratus для скрининга химических соединений обладающих свойствами ингибиторов алкогольдегидрогеназы. Mедлайн.ру. 2018; 19: 1053-64. http://www.medline.ru/public/art/tom19/art75.html

5. Grindon C., Combes R., Cronin M.T.D. Roberts D.W., Garrod J.F. Integrated decision-tree testing strategies for environmental toxicity with respect to the requirements of the EU reach legislation. ATLA. 2006; 34(6): 651-64.

6. Gülden M., Seibert H. In vitro-in vivo extrapolation: estimation of human serum concentrations of chemicals equivalent to cytotoxic concentrations in vitro.

211-22. https://doi.org/10.1016/s0300-483x(03)00146-x

7. Krasovskii G.N. Extrapolation of experimental data from animals to man. Environmental Health Perspectives. 1976; 13 (2): 51-8.

8. Lee R.F., Steinert S. Use of the single cell gel electrophoresis/ comet assay for detecting DNA damage in aquatic (marine and freshwater) animals. Mutation Research. 2003; 544(1): 43-64. https://doi.org/10.1016/s1383-5742(03)00017-6

9. Каркищенко Н.Н. Фармакология системной деятельности мозга. Ростовское книжное изд-во; 1975: 151.

10. ГОСТ Р-53434-2009 «Принципы надлежащей лабораторной практики».

11. Миронов А.Р. ред. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть 1. М.; 2012.

12. Каркищенко Н.Н. Через критерии подобия и аллометрии к валидации и экстраполяции в биомедицине. Биомедицина. 2007; 6: 5-24.

13. Gülden M., Seibert H. Impact of bioavailability on the correlation between in vitro cytotoxic and in vivo acute fish toxic concentrations of chemicals. Aquatic Toxicology. 2005; 72(4): 327-37. https://doi.org/10.1016Zj.aquatox.2005.02.002

14. Красовский Г.Н., Егорова Н.А., Антонова М.Г. Проблема экстраполяции результатов биотестирования на человека. Токсикологический вестник. 2002; 3: 12-7.

15. Каркищенко Н.Н., Грачев С.В. Руководство по лабораторным животным и альтернативным моделям в биомедицинских исследованиях. М.: «Профиль-2С»; 2010.

16. Каркищенко Н.Н. Основы биомоделирования. М.: Изд-во ВПК; 2005.

17. Boldessarins R.J., Fisher J.E. Model systems in biological psychiatry. Cambridge 5 MET Press; 1975.

18. Soriano S.G., Anand K.J., Rovnaghi C.R., Hickey P.R. Of Mice and Men: should we extrapolate rodent experimental data to the care of human neonates? Anesthesiology. 2005; 102(4): 866-8. https://doi.org/10.1097/00000542-200504000-00030

19. Каркищенко Н.Н. Экстраполяция экспериментальных данных на методику испытания лекарственных

средств в клинике. Фармакология и токсикология. 1982; 3: 22.

20. Wu G.D., Chen J., Hoffmann C., Bittinger K., Che Y.Y. et al. An individual bioequivalence criterion: Regulatory consideration. Stat. Med. 2000; 19(20): 2821-42. https://doi.org/10.1126/ science.1208344

21. Jelliffe R., Schumitzky A., Van Guilder M. Population pharmacokinetic. Pharmacodynamic modeling: parametric and nonparametric methods. Therap. Drug. Monit. 2000; 22(3): 354-65. https://doi.org/10.1097/00007691-200006000-00019

22. Даренская Н.Г., Ушаков И.Б., Иванов И.В. Насонова ТА., Есауленко И.Э., Попов В.И. Экстраполяция экспериментальных данных на человека в физиологии и радиологии. М.Воронеж: Истоки; 2004.

23. Горбачева Т.В., Бонитенко Е.Ю., Башарин В.А., Бонитен-ко К.Е. Влияние ингибиторов алкогольдегидрогеназы на биотрансформацию этиленгликоля и его эфиров в гомоге-натах печени. Медлайн.ру. 2018; 19: 1217-28. http://www. medline.ru/public/art/tom19/art86.html/

24. Красовский Г.Н., Егорова Н.А., Антонова М.Г. Проблема экстраполяции результатов биотестирования на человека. Токсикологический вестник. 2002; 3: 12-17.

25. Hester R.E., Harrison R.M., eds. Alternatives to animal testing. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry; 2006.

26. Смерть ствола мозга и полная смерть мозга. Вегетативное состояние. MedUniver. https://meduniver.com/Medical/ Xirurgia/polnaia_smert_mozga.html

27. Ярыгина С.А., Смольникова В.Ю., Бобров М.Ю., Эльда-ров Ч.М., Макарова Н.П. Культивирование эмбрионов в среде, содержащей в своем составе гранулоцитарно-макро-фагальный колониестимулирующий фактор в программе ВТР. Акушерство и гинекология. 2019; 1: 50-54.

28. Khetani S.R., Bhatia S.N. Microscale culture of human liver cells for drug development. Nat. Biotechnol. 2008; 26(1): 1206. https://doi.org/ 10.1038/nbt1361

29. Eisenstein M. Artificial organs: Honey, I shrunk the lungs. Nature. 2015; 519(7544): S16-S18. https://doi. org/10.1038/519S16a

30. Ji'rova D., Basketter D., Liebsch M., Bendova H., Kejlova K. et al. Comparison of human skin irritation patch test data with in vitro skin irritation assays and animal data. Contact Dermatitis. 2010; 62(2): 109-16. https://doi.org/10.1111/ j.1600-0536.2009.01640.x

31. Esch M.B., King T.L., Shuler M.L. The role of body on-a-chip devices in drug and toxicity studies. Annu. Rev. Biomed.

Eng. 2011; 13: 55-72. https://doi.org/ 10.1146/annurev-bioeng-071910-124629

32. Болтина И.В. Использование культуры лимфоцитов периферической крови человека в токсикологических исследованиях. Актуальные проблемы транспортной медицины. 2010; 4: 111-9.

33. Fenech M. Micronuclei and their association with sperm abnormalities, infertility, pregnancy loss, pre-eclampsia and intra-uterine growth restriction in humans. Mutagenesis. 2011; 26(1): 63-7. https://doi.org/10.1093/mutage/geq084

34. Bou-Dargham M.J., Khamis Z.I., Cognetta A.B., Sang Q.A. The role of interleukin-1 in inflammatory and malignant human skin diseases and the rationale for targeting interleukin-1 alpha. Med. Res. Rev. 2017; 37(1): 180-216. https://doi.org/10.1002/med.21406

35. Janicke R.U. MCF-7 breast carcinoma cells do not express caspase-3. Breast Cancer Res. Tr. 2009; 117(1): 219-21. https:// doi.org/10.1007/s10549-008-0217-9

36. Cotovio J., Onno L., Justine P., Lamure S., Catroux P. Generation of oxidative stress in human cutaneous models following in vitro ozone exposure. Toxicol. in Vitro. 2001; 15(4-5): 357-62. https://doi.org/10.1016/s0887-2333(01)00036-4

37. Eglen R., Reisine T. Primary cells and stem cells in drug discovery: emerging tools for high-throughput screening. Assay Drug Dev. Technol. 2011; 9(2): 108-24. https://doi. org/10.1089/adt.2010.0305

38. Положения о формировании сети национальных медицинских исследовательских центров и об организации деятельности национальных медицинских исследовательских центров», введённое в действие Приказом МЗ РФ от 13 марта 2019 года № 125.

39. Положение о Научном совете Министерства Здравоохранения Российской Федерации в ред. Приказа Минздрава России от 27.07.2015 года № 488.

40. Васильев Г.С. Человеческий материал как объект права. Правоведение. 2018; 2(337): 357-8.

41. Крюкова Е.С., Рузанова В.Д. Правовое регулирование деятельности биобанков в России. Гражданское право. 2020; 6: 39-42.

42. Малеина М.Н. Правовой статус биобанка (банка биологических материалов человека). Право. Журнал Высшей школы экономики. 2020; 1: 98-117.

43. Федеральный закон от 20 июля 2012 года. № 125-ФЗ «О донорстве крови и её компонентов». http://base.garant. ru/71427992/#ixzz6hX5vJ1Qd

44. Федеральный закон от 23 июня 2016 года № 180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах» (с изменениями и дополнениями). http://base.garant.ru/71427992/#ixzz6hX5vJ1Qd

Evgeny U. Bonitenko1,2, Vadim A. Kashuro3,4,5, Vadim A. Basharin6

Modeling issues in experimental toxicology and medicine. Zero-order biomodels

1Izmerov Scientific Institute of Occupational Health, d. 31, Prospect Budyonnogo, Moscow, 105275; 2Scientific and Clinical Center of Toxicology named after academician S.N. Golikov, 1, Behtereva St., St. Peterburg, 192019; 3Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Kuz'molovsky settlement, Vsevolozhsk District, Leningrad Region, 188663;

4St. Petersburg State Pediatric Medical University, 2, Litovskaya St., St. Peterburg, 194100;

5State Pedagogical University named after A.I. Herzen, 48, Moika River Embankment, St. Petersburg, 191186;

"Military Medical Academy named after S.M. Kirov, 6, Akademika Lebedeva St., St. Petersburg, 194044

Introduction. The creation of adequate models for studying the processes of human interaction with the environment is a key problem of modern experimental biology and medicine. This is due to the fact that both the results of the conducted studies and the recommendations developed on their basis depend on the choice of the biological object and the characteristics of the factor directly affecting it. It should be noted that errors related to both the discrepancy between the developed experimental pathology and the simulated conditions for humans, and the choice of a method for assessing the safety of xenobiotics are critical and can lead to serious consequences.

The study aims to determine the existing trends in biomodeling and extrapolation of the results currently being implemented in experimental toxicology and medicine based on the analysis of literature data.

Materials and methods. We have used forty five domestic and foreign scientific publications as materials. The research method was the analysis and generalization of the materials presented in scientific publications.

Results. The scientists considered such components of extrapolation modeling as the creation of an adequate model, compliance with the principles of proper laboratory, as well as extrapolation of the obtained data to humans. We have given the definition of an experimental model of the disease as a condition developing in a laboratory animal under the influence of an etiological factor, which most fully reflects the main manifestations of the disease that arose on the basis of a common human and used biomodel of pathogenesis. We introduced the term "zero-order biomodels" and defined it as an object used for biomodeling and also presented a classification of zero-order biomodels.

Conclusion. Currently, issues related to their standardization are of increasing importance in conducting biomedical research, which is reflected in the appearance of a large number of regulatory documents regulating not only the procedure for conducting them, but also the requirements for biological models used for these studies. However, despite the existing trends, the key point in conducting all studies was and still is the issues related to the extrapolation of the data obtained to humans.

The conducted analysis suggests that new biological models (of the zero-order) are being actively introduced into the practice of biomedical research according to their characteristics fully corresponding to the prototype — human biological material obtained from various sources. A distinctive feature of these models is the absence of the need to extrapolate the results obtained to humans. The analysis shows that at present there are all prerequisites for conducting preclinical studies using almost the entire spectrum of biological models of the zero-order specified in this publication within the existing legal framework.

Keywords: biomodels; biomodeling; zero-order biomodels; classification; laboratory animals; good laboratory practice; extrapolation of data

For citation: Bonitenko E.Yu., Kashuro V.A., Basharin V.A. Modeling issues in experimental toxicology and medicine. Zero-order biomodels. Med. truda i prom. ekol. 2022; 62(11): 718-732. https://elibrary.ru/alhmie https://doi.org/10.31089/1026-9428-2022-62-11-718-732

For correspondence: Evgeny Yu. Bonitenko, the Chief Researcher of the Laboratory for the development of the method of gas-liquid artificial lung ventilation, Izmerov Scientific Institute of Occupational Health. E-mail: [email protected] Contribution:

Bonitenko E.Yu. — the concept and design of the study, data collection and processing, writing the text; Kashuro V.A. — the concept and design of the study, data collection and processing, writing the text; Basharin V.A. — the concept and design of the study, data collection and processing, writing the text. Funding. The study had no funding.

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests. Received: 12.10.2022 / Accepted: 18.11.2022 / Published: 12.12.2022

Introduction. The creation of adequate models for - the theoretical choice of a biomodel(s) for modeling

studying the processes of human interaction with the a condition/pathology for humans;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

environment is a key problem of modern experimental - development of a mathematical model of the condition/

biology and medicine. This is due to the fact that both the pathology for humans and prospective biomodels;

results of the conducted studies and the recommendations - trial modeling of the condition/pathology to select an

developed on their basis depend on the choice of the adequate biomodel(s);

biological object and the characteristics of the factor directly - conducting research on the selected biomodel(s);

affecting it. We note that the errors associated with both the - validation and verification of the selected model(s);

discrepancy between the developed experimental pathology - extrapolation of the obtained data to humans using

and the simulated human condition, and with the choice of mathematical models.

a method for assessing the safety of xenobiotics, are critical However, as our experience shows, even in such a

and can lead to serious consequences. seemingly ideal variant, the error in extrapolating the

All specialists working in the field of experimental data obtained to a person can be very significant. In this

toxicology and medicine are aware of the difficulties that connection, in recent years, against the background of the

a researcher faces when extrapolating data obtained from growth of technical capabilities, as well as the emergence of

biomodels to humans, even in the case of multilevel modeling, new technologies, a number of new approaches have emerged

i. e., combined use of biomodels of various orders. that can help solve existing problems.

So, at present, researchers are considering a classic version Modeling in biology and medicine is the creation and

of predictive research, which includes several successive stages: management of processes at the population, organismal,

systemic, tissue, cellular and subcellular levels in order to understand the essence of physiological and pathological conditions and their influence on their course. Modeling in experimental science implies the influence of a factor on the animal organism, on their functional systems or on cell cultures, followed by the transfer (extrapolation) of the information received to humans [1].

The adequacy of the model used means the maximum possible similarity of the state of the experimental animal caused by the influence of the factor with the processes, including pathological ones, detected in humans. The criteria for the adequacy of the experimental model can serve as various indicators of the functional systems of the body, primarily the central nervous system, cardiovascular, respiratory systems and homeostasis parameters.

The researchers justified the choice and creation of experimental models to study the influence of the factor (impact) taking into account the following criteria:

- similarity in humans and experimental models of biological parameters of systems reacting to a harmful factor;

- maximum possibility of reproduction on laboratory animals of the entire spectrum of manifestations of human exposure to the factor;

- proximity of sensitivity in terms of the response to the influence of the factor established for the person and the model, as well as the common characteristics of metabolic processes.

Currently, we reduce the problem of extrapolation modeling in a simplified form to three key points:

- creating an adequate model;

- compliance with the principles of good laboratory practice (NLP; GLP — good laboratory practice) in the course of work;

- extrapolation of the obtained data to a humans.

Creating an adequate model. Depending on the goal

pursued by the experimenter, models can be explanatory, exploratory and predictive. Explanatory models are designed to understand a complex biological problem. Research models are designed to determine the biological mechanism of both fundamental and particular. While predictive models are designed to detect and quantify impacts. Most often, researchers use laboratory animals as biomodels to achieve their goals.

Laboratory animals are classical biological models of the first order, whose reactions to the action of factors are in many ways similar to their effects in humans. Animals as models are widely used in experimental research to increase knowledge about humans and solve a number of fundamental and applied problems in various fields of medicine [2].

Similarity criteria that determine the adequacy of modeling and reliability of extrapolation are:

- similarity in humans and experimental models of parameters of biological systems that respond to exposure;

- common characteristics of metabolic processes;

- proximity of sensitivity, that is, the values of quantitative indicators established for humans and laboratory animals.

However, the data that we obtained in the experiment, especially on small laboratory animals, must be transferred to the real circumstances of the development of pathology in humans with great caution [3].

Often, when studying the effectiveness of new medicines, as well as non-drug methods of treating various diseases,

specialists model on first-order models not a specific nosological form of the disease, which stands out as an independent one, based on the established cause (etiology), features of development (pathogenesis) and typical external and internal manifestations, but a syndrome-like state.

This is due to the fact that, as a rule, it is impossible to simulate a specific nosological form of the disease on biological objects, and it is possible to simulate only its part, which includes elements of pathogenesis and a number of "typical" external and internal manifestations.

We explaine this approach by the fact that when creating an experimental model of a disease (pathology), the researcher is guided by the universality of the body's response to exposure, which manifests itself in the form of compensatory reactions and typical pathological processes. With this approach, instead of the etiological factor, another (similar — similar in characteristics, but more accessible) can be used, taking into account that the response of the biomodel will be identical or as close as possible to the prototype in terms of basic characteristics. In this case, we are dealing essentially with a "surrogate" (ersatz) model of pathology in humans. Thus, models of diseases (pathological conditions) according to modeling approaches we divide into etiotropic, pathogenetic and syndromic (syndrome-like).

I would also like to note that to date there is no clear definition of the concept of "experimental model of human disease". In our opinion, an experimental model of human disease should be understood as a condition that has arisen in a laboratory animal under the influence of an etiological factor, developing on the basis of a pathogenesis common to humans and the biomodel used, and which most fully reflects the main manifestations of the disease. In turn, if it is not possible to simulate the disease, a "surrogate" model of human pathology can be used as an experimental model for conducting research.

Besides biomodels of the first order (laboratory animals-mammals), there are biomodels of the second and third order. Currently, researchers apply alternative second-order models (various hydrobionts, bacteria, enzymes, cell cultures, etc.) are increasingly used in research [4]. At the same time, scientists often transfer the results directly from test objects to a person, which, as a rule, does not always have a detailed analysis and proof of the validity of such an approach [5-8]. Third order biomodels are mathematical models describing biological processes. It should be noted that their applicability in scientific research is also currently underdeveloped. At the same time, the results are often directly transferred from test objects to humans, which, as a rule, is not always accompanied by a detailed analysis and proof of the validity of such an approach [5-8]. Third-order biomodels are mathematical models describing biological processes. It should be noted that their applicability in research is also currently insufficiently developed.

It should be noted that none of these approaches claims to be comprehensive, since it does not cover all aspects of the human prototype.

However, biomodels of the first order most fully reflect the actual biological essence of a person, without claiming a social component, as well as derivatives of this type of activity of homo sapiens [9].

Compliance with the principles of good laboratory practice. Good laboratory practice is a system of norms, rules and guidelines aimed at ensuring consistency and reliability of laboratory research results [10].

Based on GLP standards, scientists plan and conduct research, as well as draw up protocols and reports. Compliance with the GLP rules ensures the reliability of research results and their reproducibility. The GLP rules primarily define the technology for conducting preclinical studies related to the study of the safety and/or efficacy of the substance under study.

The GLP rules include requirements for the organization of tests; the staff of researchers; the premises in which tests are carried out; laboratory equipment and its calibration; the test and control substance; the preparation and conduct of a detailed standard methodology for experimental work (SOP — standard operating procedure) and the procedure for conducting tests (protocol); data registration and report design; testing quality control service; standard methods of experimental work [10].

In addition, the principles of GLP include requirements for the selection of test systems (including experimental animals) and work with them, however, mainly when assessing the safety of chemical compounds in preclinical studies of new drugs [11]. When conducting preclinical studies of new medicines, researchers have recently paid a great attention to the validation of the biological models used, i. e., their verification for compliance with the requirements of the quality management system.

In fact, validity is a consequence of reliability, i. e., it indicates the repeatability and accuracy of measurements, and also confirms the conformity of what was measured to what should have been measured. However, in modeling, reliability is not a consequence of the similarity or accuracy of the correspondence of the model to the object, but only the basis for the subsequent correct extrapolation of the results obtained on the experimental model to a person.

According to N.N. Karkishchenko, "... validation is the "anatomy", and extrapolation is the "physiology" of biomodeling processes, since the first is a reflection of the structure of the process and the search for isomorphism, and the second is ... focused on finding primarily dynamic components in the criteria of similarity and transfer" [12].

Extrapolation of the obtained data to a person. Extrapolation of the obtained data in human obtained in experimental animal studies is one of the main tasks of modern biology and medicine. The problem of transferring experimental data to humans is usually solved in order to determine, firstly, the characteristics of the influencing factor that may or may not cause certain changes in humans similar to reactions in animals; secondly, in order to determine the dynamics of these changes (start time and duration); thirdly, to establish and account for qualitative differences in human reactions compared to other mammalian species [1].

Extrapolation of the obtained results to a person is a mandatory, complex and ambiguous stage of any experimental modeling. The principles of extrapolation are most fully developed in the field of assessment of acute and chronic toxicity of substances for humans on first-order models. Scientists use either direct data transfer from animals in human or introduce correlation coefficients [13-15].

In modern science, the basic principles of modeling and extrapolation are based on analogies, which we call structural-functional and functional-structural. In the first variant, researchers isolate an element or function from a prototype, a thing reproduced on an animal, and compare it with the original. The second option, that is, functional-structural analogies, can be characterized as an analogy of relationships.

If any relation of variable units is transferred from the model to the prototype, then we are already dealing with a pure analogy of relationships, which can only be described in some cases by biomodels of the thirdorder [16].

Biological models of the second order can more or less fully represent data from the molecular to the cellular level. However, it is impossible to use these models to extrapolate processes related to the functioning of tissues, organs, and processes of higher nervous activity. For the absolute majority ofxenobiotics, direct extrapolation of data from second-order models to humans is also impossible due to the lack of the necessary scientific justification [7].

When extrapolating, it is very important to take into account the fact that there are not only quantitative but also qualitative differences between the results of human observation and animal studies. In experiments on some animal species, it is impossible to reproduce individual biochemical and metabolic reactions occurring in the human body [17, 18].

Depending on the nature and objectives of the study, in each case it is necessary to choose a model that will most adequately recreate the corresponding process in humans. Therefore, biomodeling and extrapolation proceed from the following postulates, prerequisites and conditions:

- despite the existing specific features, the development of approaches to extrapolation is possible and necessary, since there is still a closeness of anatomical and physiological properties and biochemical processes of the human and animal body;

- the presence of identical organs, the uniformity of their functioning, the similarity of the main functions;

- similarity of chemical composition and structure of most body tissues;

- qualitative uniformity of the main biological processes;

- the main metabolic and energy reactions are qualitatively similar in animals and humans;

- similarity in the isotopic composition of water, air, organic and inorganic nutrients entering the body from the environment;

- the dynamics of the metabolism of substances entering the body is conditioned and quantitatively related to the main metabolic processes occurring in the body;

- the changes that develop in animals and humans after exposure to xenobiotics and various environmental factors are basically qualitatively the same.

The concept of "biomodeling" is the existence of two objects — a model and a prototype, that is, an animal and a human. Studying one allows us to draw conclusions about the other. The logical basis of the biomodeling method can be any conclusions in which the biological prerequisites relate to one object, and the scientific conclusion to another [1, 15].

Thus, by a biomodel we mean such a mentally imagined or materially realized system of vital activity of the studied animals, which, by displaying or reproducing the object of research, is able to replace it in such a way that its study provides new information about and for humans [19-21].

When comparing the features of a model with a prototype, the method of analogy is most often used [1, 16]. As a general condition for the validity of the conclusion by analogy, there is a requirement that the properties of the objects being compared with each other should be point-like. At the same time, they should be multiple, for example, the correspondence of biochemical, physiological, pharmacokinetic and pharmacodynamic parameters of humans and animals [1].

If the same linear or multidimensional properties are attributed to the compared objects, then their refinement can lead to different point properties.

If the properties being compared are point-like, then the refinement procedure is unnecessary, and the statement about the identity of these properties in different animals will not be in doubt, which allows us to proceed to the formulation of the rules of inference by analogy [16]. For the properties that are given in the messages it is important that they relate specifically to the phenomena being compared and are specific to the objects being compared. At the same time, the more concrete the fact, the less likely it is. We explain the meaning of this statement from the standpoint of information theory, according to which, the less likely the fact described by this statement is, the more information it contains.

Therefore, the considered condition for increasing the degree of plausibility of the conclusion by analogy is equivalent to the requirement that the messages contain as much information as possible about the objects being compared [16].

When using analogies of relations, the very concept of isomorphism of model and prototype structures is pushed into the background. The analogy of establishing isomorphism becomes not a prerequisite, but the result of the conclusion [22].

In biology and medicine, as well as in general in formal logical modeling, four criteria of spatial similarity are generally accepted:

1. Spatial similarity or commonality of morphofunctional characteristics of organs and systems in the human prototype and its biological or alternative model (extrapolation of the first level).

2. Unity or similarity of metabolic, neuroregulatory, motor, endocrine and exocrine functions or their analogues in alternative models (extrapolation of the second level).

3. The unity or maximum similarity of the effects of critical systems and organs in their response to the selected or studied impact (extrapolation of the third level).

4. Comparability of constants or other parameters quantified and mathematically described in a system of homogeneous functions in a prototype, animal or alternative object (extrapolation of the fourth level).

Compliance with these similarity criteria in the model allows for effective extrapolation from the model to the prototype and back. However, there are formulations of sufficient similarity conditions in which the concept of criteria is excluded. The concept of similarity can also be formulated as the similarity of unambiguity conditions with the identity of the main system of equations describing both phenomena. That is, for the similarity of phenomena, in addition to the identity of equations, geometric and temporal similarity, similarity of biological constants, initial and boundary conditions, functions and effects are sufficient. So, the fifth, temporal type of similarity (homochrony), is not included in any of the subsets of spatial similarity (extrapolation of the fifth level) [12].

Table 1 shows the main methods of "friendly" assessment of the main functions and some indicators of human and animal homeostasis.

The most important property of complex systems, which include biosystems, is their structural and functional heterogeneity and diversity. There is a multidimensional relationship between them, manifested in a large number of heterogeneous parameters, in a variety of connections

Table 1

Extrapolation approaches to the study of human functions and their modeling on laboratory

Evaluation criteria Research methods

Human Animal

Physiological reactions - registration of body temperature, respiratory rate, blood pressure, heart rate, cardiointervalometry, ECG, external respiration, motor activity, heat exchange, oxygen consumption, basal metabolism, echography, etc.

Clinical, laboratory and biochemical parameters - assessment of somatic status, blood (ESR, number of erythrocytes, hemoglobin, shaped elements of white and red blood, etc.), urine (specific gravity, daily amount, microscopy of sediment, presence of protein, erythrocytes, leukocytes, etc.), biochemical parameters of blood and body media

Higher nervous activity and neurodynamic reactions - indicators of the development of classical conditioned reflexes (the rate of appearance, fixation, extinction time, stability in samples, the time of conditional and unconditional reaction, etc.); - indicators of the development of differentiation reflexes (the rate of appearance and fixation, extinction time, stability, etc.); - electroencephalographic and neurodynamic indicators:

- based on the reactions of the first and second signaling system - based on the reactions of the 1st signal system

Performing targeted actions

a) physical endurance - cross-country running, treadmill running, bicycle ergometry, PWC-170, swimming, wrist and standing dynamometry, obstacle course overcoming - treadmill running, PWC-170, swimming, high-speed Kiplinger swimming, measuring the strength of the flexors of the forelimbs, overcoming barriers, etc.

b) operator actions - the results of performing targeted actions of a discrete (by signals) or integral (with tracking) nature - the results of performing skills with the selection of a sample of operant (instrumental) skills in shuttle, jump, one-and two-pedal chambers, etc.

between single and heterogeneous parameters that characterize the operation of this biosystem. Another feature of biosystems is the dynamism of their interaction with the environment.

Therefore, extrapolating the results of experimental data to humans is very difficult, in many respects it is an unsolved task, which implies the need to take into account many factors that require the development of differentiated transfer algorithms depending on the nature of the biological effect [15]. Achieving a high level, quality and conformity of extrapolation in relation to humans should be based on models of various orders and the use of high-quality animal models.

Allometry (allos-other, different) deals with the systematization of comparative characteristics of various organisms in order to optimize the transmission of experimental data in human. Allometry includes not only and not so much mutual measurements, but first of all, the establishment of similarity of morphofunctional characteristics and other important parameters for the purpose of extrapolation [15, 16].

In turn, allometric equations are a regression expression that describes the change of one parameter depending on another (usually on body weight) and is determined by the method chosen to find them, being a statistical approximation, and not a function of mathematical dependence. In addition, they take into account such indicators as metabolic rate, anatomical parameters, heart rate and characteristics of the biochemical status of the body [12, 15].

However, despite the good theoretical foundations for the selection of model biological objects for research, the issues of modeling a specific experimental pathology, with the exception of preclinical safety assessment of new drugs, present significant difficulties.

Since the reaction to the selected effect may not be linear and may not obey the law of the normal Gaussian distribution, but proceed not according to one, but according to several scenarios in animals of the same group with the same exposure, while the "dose-effect" pattern is not always determined. As an optimal solution to this problem, we propose to develop mathematical models of pathology for a person and a selected biological object, followed by the calculation of indicators for the prototype based on the results of the studies conducted, which will be an extrapolation.

In addition, to assess both the impact itself and the methods of its correction, it is necessary to focus on "surrogate points", which also complicates the process of extrapolating the data obtained.

In this regard, recently there have been more studies in which researchers use non-standard approaches to modeling to achieve the goal.

Thus, in the work of T.V. Gorbacheva and co-authors (2018), when studying the biotransformation of ethylene glycol and its esters, as well as the effect of alcohol metabolism inhibitors on their metabolic rate, liver homogenates of nonlinear rats and humans were used as test systems [23].

In this case, the rat liver homogenate, in accordance with the requirements for the models, we refer to the first-order models, since they corresponded to the prototype both in qualitative and quantitative terms.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

However, unlike classical first-order models, extrapolation of data obtained using rat liver homogenates to human liver homogenates and the prototype as a whole can be carried out only using recalculation coefficients, and not direct transfer [23].

In turn, to extrapolate data from first-order models to a person, either direct transfer or correction coefficients can be applied, while for second-order models we use only the latter [7, 13, 24, 25].

We note that the conversion coefficient reflects not qualitative, but quantitative differences between the prototype and the biomodel.

Researchers consider human liver homogenates in the study of alcohol metabolism inhibitors as models of the zero-order, since this test system itself is an element of the prototype [23].

Zero-order biomodels. Biomodels of the zero-order can include both the prototype itself and its individual elements (organs, tissues, cells, etc.).

Given the fact that a healthy person cannot be a biomodel, being a prototype, then, accordingly, in this case we are talking either about a corpse or about certain conditions, in which a person can be recognized as a "bio-object".

Such conditions may include the death of the brain stem (complete death), as well as a persistent vegetative state.

The death of the trunk implies an irreversible loss of the most important characteristics necessary for the existence of a living person (loss of the ability to maintain consciousness and independent breathing).

However, with the help of prosthetics of vital functions, scientists can artificially support cardiac activity, blood circulation and breathing, creating the appearance of life. In turn, in a patient in a chronic vegetative state, while maintaining independent breathing and other vital functions, the death of the brain stem does not occur [26].

As for the individual elements of the prototype (organs, tissues, cells, etc.), they can be obtained during the section, surgery, from a donor or grown in a test tube and can be used as biomodels, both in native form and after appropriate preparation.

In accordance with this, the following classification can be proposed for biomodels of the zero-order (Table 2).

Currently, state and commercial organizations that have the appropriate license for this type of activity are engaged in the collection of human biological material. In turn, biobanks specially created for these purposes are engaged in storage. A biobank is a structure created for the purpose of long-term responsible storage of biological samples of various origins and associated data for their further use in scientific and clinical research. The following requirements apply to the work of biobanks:

- strict compliance with ethical standards and responsible attitude to personal data of patients and donors;

- standardization of procedures for processing, transportation and storage of biomaterials;

- collection and responsible storage of information associated with biological samples.

We would like to elaborate in more detail on some issues of legal regulation when working with biomodels ofthe zero-order. Currently, there is no regulatory framework regulating the use of an integral organism for scientific research. However, despite the existing legal vacuum in this matter, there is a mechanism that allows both obtaining permission and conducting such studies. Such a mechanism may be a decision by the Scientific Council of the relevant National Medical Research Center [38] or the Scientific Council of the Ministry of Health of Russia [39] on the feasibility of conducting scientific research on an integral organism. After approval of the protocol of the

Table 2

Classification of zero-order biomodels

1. By degree of organization: 2. By origin

- the whole organism; - corpse; - after brain death; - being in a chronic vegetative state; - obtained in vitro (embryos) [27] - isolated organs [28, 29]; - insulated fabrics [30, 31]; - isolated cells or homogenates [32]; - isolated organelles [33]; - isolated enzymes [34, 35]; - other biological material [36, 37]. - cadaverous origin; - from a living donor; - from a living donor during surgery; - obtained in vitro (including 3D printing).

3. On issues of legal regulation arising when working with them (regulated):

- by Federal Law No. 8-FZ ofJanuary 12, 1996 "On Burial and Funeral Business"; - the Law of the Russian Federation "On Transplantation of Human Organs and (or) tissues" of December 22, 1992 No. 4180-1 (as amended. dated 08.12.2020); - Federal Law "On Blood Donation and its components" dated July 20, 2012. No. 125-FZ; departmental legal acts; - not having a clear legal basis.

proposed study by the Bioethics Commission, it is possible to proceed with their conduct.

Currently, the procedure for working with donor organs and tissues is regulated by the Law of the Russian Federation No. 4180-1 of 22.12.1992 (as amended. dated 08.12.2020) "On transplantation of human organs and(or) tissues".

To conduct research with this category of biological objects, a decision of the Scientific Council and the conclusion of the Ethical Commission of a scientific organization are also required, but in this case these may not be national medical research centers.

The right to human biological material, in accordance with the current legislation, belongs to the scientific (medical) organization in which it was separated from the donor's body, if it is not recognized as property or an object of ownership [40]. Currently, there are two generally recognized restrictions on such property rights in Russia — informed voluntary consent [41] and the right to protect the donor's personal data [42]. In some cases, the procedure for working with specific types of biomaterial (blood and its components, etc.) may be regulated by separate regulatory legal acts [43, 44].

Conclusion. Currently, issues related to their standardization are of increasing importance in conducting biomedical research, which is reflected in the appearance of a large number of

regulatory documents regulating not only the procedure for their conduct, but also the requirements for biological models used for these studies. However, despite the existing trends, the key point in conducting all the research was and still is the issues related to the extrapolation of the data obtained in human.

The analysis shows that in the practice of biomedical research, scientists are actively introducing new biological models according to their characteristics that fully correspond to the prototype — human biological material obtained from various sources.

A distinctive feature of these models (zero order) is the absence of the need to extrapolate the results obtained in human. Another advantage of zero-order models when used as a comparison group is the possibility of using direct conversion coefficients of individual second-order models (structural elements of first-order models).

In addition, the analysis shows that currently there are all prerequisites for conducting preclinical studies using almost the entire spectrum of zero-order biological models specified in this publication, within the existing legal framework.

Taking into account the obvious advantages of the zero-order models over others, we can say that in the near future the use of the latter may become routine, which in turn will lead to a change in the currently existing standard approaches when conducting scientific research in experimental toxicology and medicine.

References

1. Karkishhenko N.N. Alternatives to biomedicine. Volume 1. Fundamentals of biomedicine and pharmacomodelling. M.: Izd-vo VPK; 2007 (in Russian).

2. Andersen M.L., Winter L.M.F. Animal models in biological and biomedical research — experimental and ethical concerns. An Acad Bras Cienc. 2019; 91(1): e20170238. https://doi. org/10.1590/0001-3765201720170238

3. Antropova O.S., Strel'chenko Ju.I. A method for extrapolating experimental data to the human body. Vestnik gigieny i jepidemiologii. 2021; 26(3): 297-300 ( in Russian).

4. Gorbacheva TV., Bonitenko E.U., Basharin V.A., Bonitenko K.E. Rationale for the use of Daphnia Magna Stratus for the screening of chemical compounds with properties of alcohol dehydrogenase inhibitors. Medline.ru. 2018; 19: 1053-1064. http://www. medline.ru/public/art/tom19/art75.html/ (in Russian).

5. Grindon C., Combes R., Cronin M.T.D. Roberts D.W., Garrod J.F. Integrated decision-tree testing strategies for environmental toxicity with respect to the requirements of the EU reach legislation. ATLA. 2006; 34(6): 651-64.

6. Gülden M., Seibert H. In vitro-in vivo extrapolation: estimation of human serum concentrations of chemicals equivalent to cytotoxic concentrations in vitro.

211-22. https://doi.org/10.1016/s0300-483x(03)00146-x

7. Krasovskii G.N. Extrapolation of experimental data from animals to man. Environmental Health Perspectives. 1976; 13(2): 51-8.

8. Lee R.F., Steinert S. Use of the single cell gel electrophoresis/ comet assay for detecting DNA damage in aquatic (marine and freshwater) animals. Mutation Research. 2003; 544(1): 43-64. https://doi.org/10.1016/s1383-5742(03)00017-6

9. Karkishhenko N.N. Pharmacology of the systemic activity of the brain. Rostovskoe knizhnoe izd-vo; 1975: 151 (in Russian).

10. GOST R-53434-2009 "Principles of Good Laboratory Practice" (in Russian).

11. Mironov A.R. red. Guidelines for conducting preclinical studies of drugs. Chast' 1. M.; 2012 (in Russian).

12. Karkishhenko N.N. Through similarity and allometry criteria to validation and extrapolation in biomedicine. Biomedicina. 2007; 6: 5-24 (in Russian).

13. Gülden M., Seibert H. Impact of bioavailability on the correlation between in vitro cytotoxic and in vivo acute fish toxic concentrations of chemicals. Aquatic Toxicology. 2005; 72(4): 327-37. https://doi.org/10.10167j.aquatox.2005.02.002

14. Krasovskij G.N., Egorova N.A., Antonova M.G. The problem of extrapolating the results of biotesting to humans. Toksikologicheskij vestnik. 2002; 3: 12-17 (in Russian).

15. Karkishhenko N.N., Grachev S.V. Guide to laboratory animals and alternative models in biomedical research. M.: «Profil'-2S»; 2010 (in Russian).

16. Karkishhenko N.N. Fundamentals of biomodeling. M.: Izd-vo VPK; 2005 (in Russian).

17. Boldessarins R.J., Fisher J.E. Model systems in biological psychiatry. Cambridge 5 MET Press; 1975.

18. Soriano S.G., Anand K.J., Rovnaghi C.R., Hickey P.R. Of Mice and Men: should we extrapolate rodent experimental data to the care of human neonates? Anesthesiology. 2005; 102(4): 866-8. https://doi.org/10.1097/00000542-200504000-00030

19. Karkishhenko N.N. Extrapolation of experimental data to the methodology of drug testing in the clinic. Farmakologija i toksikologija. 1982; 3: 22 (in Russian).

20. Wu G.D., Chen J., Hoffmann C., Bittinger K., Che Y.Y. et al. An individual bioequivalence criterion: Regulatory consideration. Stat. Med. 2000; 19(20): 2821-42. https://doi.org/10.1126/ science.1208344

21. Jelliffe R., Schumitzky A., Van Guilder M. Population pharmacokinetic. Pharmacodynamic modeling: parametric and nonparametric methods. Therap. Drug. Monit. 2000; 22(3): 354-65. https://doi.org/10.1097/00007691-200006000-00019

22. Darenskaja N.G., Ushakov I.B., Ivanov I.V. Nasonova TA., Esaulenko I.Je., Popov V.I. Extrapolation of experimental data to humans in physiology and radiology. M.-Voronezh: Istoki; 2004 (in Russian).

23. Gorbacheva T.V., Bonitenko E.U., Basharin V.A., Bonitenko K.E. Effect of alcohol dehydrogenase inhibitors on the biotransformation of ethylene glycol and its esters in liver homogenates. Medline.ru. 2018; 19: 1217-1228. http://www.medline.ru/public/art/tom19/art86.html (in Russian).

24. Krasovskij G.N., Egorova N.A., Antonova M.G. The problem of extrapolating the results of biotesting to humans. Toksikologicheskij vestnik. 2002; 3: 12-17 (in Russian).

25. Hester R.E., Harrison R.M., eds. Alternatives to animal testing. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry; 2006.

26. Brain stem death and total brain death. vegetative state. MedUniver. https://meduniver.com/Medical/Xirurgia/ polnaia_smert_mozga.html

27. Jarygina S.A., Smol'nikova VJu., Bobrov M.Ju., Jel'darov Ch.M., Makarova N.P. Cultivation of embryos in a medium containing granulocyte-macrophage colony-stimulating factor in the VTR program. Akusherstvo i ginekologija. 2019; 1: 50-4 (in Russian).

28. Khetani S.R., Bhatia S.N. Microscale culture of human liver cells for drug development. Nat. Biotechnol. 2008; 26(1): 1206. https://doi.org/ 10.1038/nbt1361

29. Eisenstein M. Artificial organs: Honey, I shrunk the lungs. Nature. 2015; 519(7544): S16-S18. https://doi. org/10.1038/519S16a

30. Jirova D., Basketter D., Liebsch M., Bendova H., Kejlova K. et al. Comparison of human skin irritation patch test data with in vitro skin irritation assays and animal data. Contact Dermatitis. 2010; 62(2): 109-16. https://doi.org/10.1111/ j.1600-0536.2009.01640.x

31. Esch M.B., King T.L., Shuler M.L. The role of body on-a-chip devices in drug and toxicity studies. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2011; 13: 55-72. https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071910-124629

32. Boltina I.V. The use of human peripheral blood lymphocyte culture in toxicological studies. Aktualnye problemy transportnoj mediciny. 2010; 4: 111-119.

33. Fenech M. Micronuclei and their association with sperm abnormalities, infertility, pregnancy loss, pre-eclampsia and intra-uterine growth restriction in humans. Mutagenesis. 2011; 26(1): 63-7. https://doi.org/10.1093/mutage/geq084

34. Bou-Dargham M.J., Khamis Z.I., Cognetta A.B., Sang Q.A. The role of interleukin-1 in inflammatory and malignant human skin diseases and the rationale for targeting interleukin-1 alpha. Med. Res. Rev. 2017; 37(1): 180-216. https://doi.org/10.1002/ med.21406

35. Janicke R.U. MCF-7 breast carcinoma cells do not express caspase-3. Breast Cancer Res. Tr. 2009; 117(1): 219-21. https:// doi.org/10.1007/s10549-008-0217-9

36. Cotovio J., Onno L., Justine P., Lamure S., Catroux P. Generation of oxidative stress in human cutaneous models following in vitro ozone exposure. Toxicol. in Vitro. 2001; 15(4-5): 357362. https://doi.org/10.1016/s0887-2333(01)00036-4

37. Eglen R., Reisine T. Primary cells and stem cells in drug discovery: emerging tools for high-throughput screening. Assay Drug Dev. Technol. 2011; 9(2): 108-24. https://doi. org/10.1089/adt.2010.0305 Regulations on the formation of a network of national medical research centers and on the organization of the activities of national medical research centers", put into effect by the Order of the Ministry of Health of the Russian Federation dated March 13, 2019 No. 125 (in Russian).

38. Regulations on the formation of a network of national medical research centers and on the organization of the activities of national medical research centers, put into effect by the Order of the Ministry of Health of the Russian Federation dated March 13, 2019 No. 125 (in Russian).

39. Vasil'ev G.S. Human biomaterial as an object of law. Pravovedenie. 2018; 2: 308-361 (in Russian).

40. Kryukova E.S., Ruzanova V.A. Legal regulation of biobanks in Russia. Civil law. 2020; 6: 39-42 (in Russian).

41. Maleina M.N. Legal status of a biobank (a bank of human biological materials). Pravo. Zhurnal Vysshei shkoly jekonomiki. 2020; 1: 98-117 (in Russian).

42. Federal Law of July 20, 2012. No. 125-FZ "On the donation of blood and its components". Available at: http://www. consultant.ru/document/cons_doc_LAW_132904 (in Russian).

43. Federal Law of June 23, 2016 No. 180-FZ "On Biomedical Cellular Products" (as amended). http://base.garant. ru/71427992/#ixzz6hX5vJ1Qd (in Russian).

ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТОКСИКОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ. БИОМОДЕЛИ НУЛЕВОГО ПОРЯДКА Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Бонитенко Евгений Юрьевич, Кашуро В. А., Башарин В. А.

Похожие темы научных работ по медицинским технологиям , автор научной работы — Бонитенко Евгений Юрьевич, Кашуро В. А., Башарин В. А.

MODELING ISSUES IN EXPERIMENTAL TOXICOLOGY AND MEDICINE. ZERO-ORDER BIOMODELS

Текст научной работы на тему «ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТОКСИКОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ. БИОМОДЕЛИ НУЛЕВОГО ПОРЯДКА»