Аннотация
В эпоху стремительного развития медицины биочипы становятся одним из самых важных инструментов для диагностики и лечения заболеваний. Эти миниатюрные устройства позволяют анализировать биологические образцы на молекулярном уровне, что открывает новые горизонты в ранней диагностике и персонализированной медицине. Однако внедрение биочипов в клиническую практику сопряжено с рядом технологических, экономических, регуляторных и этических вызовов. Цель обзора — проанализировать текущее состояние внедрения биочипов в медицинскую диагностику, выявить основные проблемы и предложить пути их решения. В работе рассматриваются технологические, экономические, регуляторные и этические аспекты использования устройств, а также их возможное влияние на будущее медицины. В обзор включены научные публикации, посвященные разработке и применению биочипов в медицине. Особое внимание уделено современным исследованиям, опубликованным за последние 5 лет, что обеспечивает актуальность представленных данных. Выявлены следующие ключевые результаты: современные биочипы, такие как Lab-on-a-Chip и Organ-on-a-Chip, демонстрируют высокую эффективность в диагностике и моделировании биологических процессов; биочипы активно применяются для ранней диагностики рака и персонализированного лечения, а также идентификации патогенных микроорганизмов; интеграция искусственного интеллекта расширяет диагностические возможности биочипов; однако внедрение этой технологии сталкивается с экономическими и регуляторными барьерами, такими как высокая стоимость и строгие требования, а также этическими и социальными вопросами, включая конфиденциальность данных; кроме того, недостаток квалифицированных специалистов, обладающих необходимыми знаниями и навыками для работы с биочипами, создает дополнительные трудности для их широкого применения. Биочипы — это революционная технология, которая способна улучшить качество медицинской диагностики. Однако для ее успешного внедрения необходимо решить несколько ключевых проблем: снизить стоимость, улучшить технологии, упростить регуляторные процедуры, обучить специалистов, сформировать четкую правовую базу. Дальнейшие работы должны быть направлены на совершенствование технологий, разработку стандартов и проведение масштабных клинических испытаний, чтобы сделать биочипы еще более эффективными и доступными для широкого применения.
Для цитирования
Мустафин ШФ, Баваров ОА. Внедрение биочипов в современную медицинскую диагностику: проблемы и пути их решения. Вестник УГМУ. 2025;10(2):e00160. DOI: https://doi.org/10.52420/usmumb.10.2.e00160. EDN: https://elibrary.ru/IHHAUU.
Список источников
Azizipour N, Avazpour R, Rosenzweig DH, Sawan M, Ajji A. Evolution of biochip technology: A review from lab-on-a-chip to organ-on-a-chip. Micromachines. 2020;11(6):599. DOI: https://doi.org/10.3390/mi11060599.
Chen Y, Mei Y, Jiang X. Universal and high-fidelity DNA single nucleotide polymorphism detection based on a CRISPR/Cas12a biochip. Chemical Science. 2021;12(12):4455–4462. DOI: https://doi.org/10.1039/d0sc05717g.
Iqbal MJ, Javed Z, Sadia H, Sadia H, Anum F, Raza S, et al. Biosensing chips for cancer diagnosis and treatment: A new wave towards clinical innovation. Cancer Cell International. 2022;22(1):354. DOI: https://doi.org/10.1186/s12935-022-02777-7.
Куликов ЕП, Мерцалов СА, Шумская ЕИ, и др. Экспрессионные микрочипы: возможности применения в клинической онкологии. Наука молодых — Eruditio Juvenium. 2023;11(2):229–240. [Kulikov EP, Mertsalov SA, Shumskaya EI, Piskunov RO. Expression microarrays: Possibilities of application in clinical oncology. Science of the Young (Eruditio Juvenium). 2023;11(2):229–240. (In Russ., Eng.)]. DOI: https://doi.org/10.23888/HMJ2023112229-240.
Kockum I, Huang J, Stridh P. Overview of genotyping technologies and methods. Current Protocols. 2023;3(4):e727. DOI: https://doi.org/10.1002/cpz1.727.
Zhang Y, Wang L, Li J, Zhang Yi. Recent advances in microchip-based methods for the detection of pathogenic bacteria. Chinese Chemical Letters. 2022;33(6):2817–2831. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cclet.2021.11.033.
Templier V, Roupioz Y, Livache T, Maurin M, Slimani S, Mathey R, et al. Biochips for direct detection and identification of bacteria in blood culture-like conditions. Scientific Reports. 2017;7(1):9457. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-10072-z.
Сахарнов НА, Филатова ЕН, Попкова МИ, Славин СЛ, Уткин ОВ. Разработка ДНК-биочипа для параллельной детекции бактериальных возбудителей внебольничной пневмонии. Современные технологии в медицине. 2024;16(2):16–28. [Sakharnov NA, Filatova EN, Popkova MI, Slavin SL, Utkin OV. Development of DNA microarray for parallel detection of community-acquired pneumonia bacterial pathogens. Sovremennye tehnologii v medicine. 2024;16(2):16–28. (In Russ., Eng.)]. DOI: https://doi.org/10.17691/stm2024.16.2.02.
Митько ТВ, Шакуров РИ, Ширшиков ФВ, Сизова СВ, Алиева ЕВ, Конопский ВН, и др. Создание микрофлюидного биосенсора для диагностики и типирования Mycobacterium tuberculosis. Клиническая практика. 2021;12(2):14–20. [Mitko TV, Shakurov RI, Shirshikov FV, Sizova SV, Alieva EV, Konopsky VN, et al. Development of a microfluidic biosensor for the diagnostics and typing of Mycobacterium tuberculosis. Journal of Clinical Practice. 2021;12(2):14–20. (In Russ., Eng.)]. DOI: https://doi.org/10.17816/clinpract71815.
Shaskolskiy B, Kandinov I, Kravtsov D, Vinokurova A, Gorshkova S, Filippova M, et al. Hydrogel droplet microarray for genotyping antimicrobial resistance determinants in Neisseria gonorrhoeae isolates. Polymers. 2021;13(22):3889. DOI: https://doi.org/10.3390/polym13223889.
Сафонова ЕИ, Запруднова ЕА. Разработка методов диагностики и лечения сифилиса на основе молекулярных механизмов. Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2024;(1-1):94–97. [Safonova EI, Zaprudnova EA. Development of methods for the diagnosis and treatment of syphilis based on molecular mechanisms. International Journal of Humanities and Natural Sciences. 2024;(1-1):94–97. (In Russ., Eng.)]. DOI: https://doi.org/10.24412/2500-1000-2024-1-1-94-97.
Cao B, Wang S, Tian Z, Hu P, Feng L, Wang L. DNA microarray characterization of pathogens associated with sexually transmitted diseases. PLoS One. 2015;10(7):e0133927. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0133927.
Gupta S, Tawde P. Artificial intelligence integration in biochips: Enhancing diagnostics and precision medicine. International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology. 2024;12(XI):968–973. DOI: https://doi.org/10.22214/ijraset.2024.65255.
Rodoplu Solovchuk D. Advances in AI-assisted biochip technology for biomedicine. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2024;177:116997. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2024.116997.
Tzouvelekis C, Ntritsos G, Manolakos E, Vlamos P. Development of a protein biochip platform for Parkinson’s disease. In: Vlamos P (ed.). GeNeDis 2020. Vol. 1338. Cham: Springer International Publishing; 2021. P. 175–179. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-78775-2_20.
Фесенко ДО, Ивановский ИД, Иванов ПЛ, Земскова ЕЮ, Агапитова АС, Поляков СА, и др. Биочип для генотипирования полиморфизмов, ассоциированных с цветом глаз, волос, кожи, группой крови, половой принадлежностью, основной гаплогруппой Y-хромосомы, и его использование для исследования славянской популяции. Молекулярная биология. 2022;56(5):860–880. [Fesenko DO, Ivanova AV, Glotov AS, Zemskova EYu, Agapitova AS, Polyakov SA, et al. Biochip for genotyping polymorphisms associated with eye, hair, skin color, AB0 blood group, sex, Y-chromosome core haplogroup, and its application to study the Slavic population. Molecular Biology. 2022;56(5):860–880. (In Russ.)]. DOI: https://doi.org/10.31857/S0026898422050056.
Чемерис АВ, Халиуллина АФ, Макаренко ИА, Галяутдинов РР, Аминев ФГ. Использование ДНК-фенотипирования при расследовании преступлений: криминалистический и этический аспекты. Всероссийский криминологический журнал. 2024;18(5):522–532. [Chemeris AV, Khaliuiiina AF, Makarenko IА, Galyautdinov RR, Aminev FG. The use of DNA phenotyping in crime investigation: Forensic and ethical aspects. Russian Journal of Criminology. 2024;18(5):522–532. (In Russ.)]. DOI: https://doi.org/10.17150/2500-4255.2024.18(5).522-532.
Криворучко АЮ, Скокова АВ, Яцык ОА, Каниболоцкая АА. Современные подходы генетической идентификации породной принадлежности сельскохозяйственных животных (обзор). Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021;22(3):317–328. [Krivoruchko AY, Skokova AV, Yatsyk OA, Kanibolotskaya AA Modern approaches to the genetic identification of farm animal breeds (review). Agricultural Science Euro-North-East. 2021;22(3):317–328. (In Russ.)]. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2021.22.3.317-328.
Nam D, Cha JM, Park K. Next-generation wearable biosensors developed with flexible bio-chips. Micromachines. 2021;12(1):64. DOI: https://doi.org/10.3390/mi12010064.
Maigoro GM. Recent insight on biochip and its applications. IJAEM. 2025;7(2):673–680. DOI: https://doi.org/10.35629/5252-0702673680.
Разумов АС. Медицина XXI века: биочипы. Медицина в Кузбассе. 2009;(2):3–11. [Razumov AS. Medicine of the 21st century: Biochips. Medicine in Kuzbass. 2009;(2):3–11. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/HFIZIL.
Sukumaran C, Kumar A, Sharma P, Ambilwade RP, Sunthari PM, Natrayan L. The role of AI in biochips for early disease detection. In: 2023 3rd international conference on technological advancements in computational sciences (ICTACS), Tashkent, Uzbekistan. IEEE; 2023. P. 1323–1328. DOI: https://doi.org/10.1109/ICTACS59847.2023.10390419.
Галета АА. ДНК-микрочип как эффективный молекулярный инструмент для выявления мутаций-полиморфизмов. В: Емельянов НВ, Кетова КВ (ред.). Инновационные аспекты развития науки и техники. Саратов: НОО «Цифровая наука»; 2021. С. 12–16. [Galeta AA. DNA microchip as an effective molecular tool for detecting polimorphism mutations. In: Emelyanov NV, Ketova KV (eds.). Innovatsionnye aspekty razvitiya nauki i tekhniki. Saratov: NOO “Tsifrovaya nauka”; 2021. P. 12–16. (In Russ.).]. EDN: https://www.elibrary.ru/BTQJZB.
Улюкин ИМ, Емельянов ВН, Болехан ВН, Орлова ЕС. Эмпатия как профессионально важное качество в условиях образовательного процесса. В: Современные научные и образовательные стратегии в общественном здоровье. Санкт-Петербург: Воен.-мед. акад. им. С. М. Кирова; 2018. С. 176–181. [Ulyukin IM, Emelyanov VN, Bolekhan VN, Orlova ES. Empatia as a composition of dialogical communication in the process of transfer of new information. In: Sovremennye nauchnye i obrazovatel’nye strategii v obshchestvennom zdorov’e. Saint Petersburg: Kirov Military Medical Academy; 2018. P. 176–181. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/EXJUEP.
Улюкин ИМ, Емельянов ВН, Болехан ВН, Орлова ЕС. Эмпатия как составляющая диалогового общения в процессе передачи новой информации. Известия Российской Военно-медицинской академии. 2017;36(2):23–30. [Ulyukin IM, Emelyanov VN, Bolekhan VN, Orlova ES. Empathy as a composition of dialogical communication in the process of transfer of new information. Russian Military Medical Academy Reports. 2017;36(2):23–30. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/XWPSNF.
Сеидов А, Дурдыев О, Керимов Г, Мухамметбердиева Б. Развитие биотехнологий: чипы и интеграция технологий в человеческое тело. Символ науки. 2024;1(11-1):98–99. [Seyidov A, Durdyyev O, Kerimov G, Muhammetberdiyeva B. Biotechnology development: chips and integration of technologies into the human body. Simvol nauki. 2024;1(11-1):98–99. (In Russ.)]. EDN: https://www.elibrary.ru/NQABPW.
Емельянов ВН, Кузин АА, Панин ИС, Кулемин МЭ. Эпидемиологический мониторинг показателей заболеваемости, смертности и достоверность учета герминогенных опухолей яичка. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2025;27(1):115–124. [Emelyanov VN, Kuzin AA, Panin IS, Kulemin ME. Epidemiological monitoring of testicular germ cell tumor incidence, mortality, and registration accuracy. Bulletin of the Russian Military Medical Academy. 2025;27(1):115–124. (In Russ.)]. DOI: https://doi.org/10.17816/brmma632060.
Емельянов ВН, Вирко ВА, Огнедюк АА. Биопленки на изделиях медицинского назначения: механизмы образования и способы профилактики. Тихоокеанский медицинский журнал. 2025;(1):10–15. [Yemelyanov VN, Virko VA, Ognedyuk AA. Biofilms on medical devices: Formation mechanisms and prevention techniques. Pacific Medical Journal. 2025;(1):10–15. (In Russ.)]. DOI: https://doi.org/10.34215/1609-1175-2025-1-10-15.
Ласточкина ОВ, Горелов ПВ. Биологические микрочипы — новый уровень лабораторных исследований. Аналитика. 2017;(5):76–86. [Lastochkina OV, Gorelov PV. Biological microchips — a new level of laboratory research. Analytics. 2017;(5):76–86. (In Russ.)]. DOI: https://doi.org/10.22184/2227-572X.2017.36.5.76.86.
Морозов АВ, Молодченко АН, Рябчикова АД, Чуркин ИА. ДНК-микрочипы и их применение в медицине и биологии. Вестник Военного инновационного технополиса «ЭРА». 2022;3(2):145–150. [Morozov AV, Molodchenko AN, Ryabchikova AD, Churkin IA. DNK-mikrochipy i ikh primenenie v meditsine i biologii. Vestnik Voennogo innovatsionnogo tekhnopolisa “EHRA”. 2022;3(2):145–150. (In Russ.)]. DOI: https://doi.org/10.56304/S2782375X22020115.
Валуев-Эллистон ВТ, Грядунов ДА, Иванов АВ, Лейнсоо АТ, Савватеева ЕН, Филиппова МА. Способ выявления антител — иммуноглобулинов класса G в сыворотке крови к возбудителям тяжелых острых респираторных вирусных инфекций, включая SARS-CoV-2, с одновременным прогнозом тяжести протекания коронавирусной инфекции COVID-19, на гидрогелевом биочипе [патент № 2746815 РФ]. 2021. 21 с. [Valuev-Ehlliston VT, Gryadunov DA, Ivanov AV, Leinsoo AT, Savvateeva EN, Filippova MA. Sposob vyyavleniya antitel — immunoglobulinov klassa G v syvorotke krovi k vozbuditelyam tyazhelykh ostrykh respiratornykh virusnykh infektsii, vklyuchaya SARS-CoV-2, s odnovremennym prognozom tyazhesti protekaniya koronavirusnoi infektsii COVID-19, na gidrogelevom biochipe [patent No. 2746815 RF]. 2021. 21 p.]. EDN: https://www.elibrary.ru/VCVTYB.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная
© 2025 Мустафин Ш. Ф., Баваров О. А.