Biologia medyczna

Biologia medyczna – dyscyplina naukowa z pogranicza biologii i medycyny, obejmująca działy nauki i techniki posiadające zwykle w nazwie przedrostek "bio-", znajdujące jednocześnie zastosowanie w ochronie zdrowia^[1] i/lub diagnostyce laboratoryjnej^[2]. Biologia medyczna od kilku lat stanowi osobny kierunek nauczania na poziomie uniwersyteckim^[3][4][5] i doktoranckim^[6][7], jak również specjalizację wielu zakładów naukowo-badawczych^{[8][9][10][11][12][13][14][15]}.

Alternatywne nazewnictwo dziedzin biologicznych mających zastosowanie w medycynie (podział w zależności od profilu i przedmiotu zainteresowań)^[9][16][17]:

• klasyczna biologia medyczna,
• biotechnologia^[18] medyczna,
• biologia molekularna,
• biologia medyczna w medycynie molekularnej,
• biotechnologia medyczna w medycynie molekularnej,
• biologia molekularna w medycynie molekularnej,
• medyczna biologia molekularna i inne.

Działy specjalizacji biologia medyczna

Działy związane z metodologią biologii molekularnej

Dyscypliny związane z biologią medyczną i wykorzystujące metodologię biologii molekularnej stanowią podstawę naukowo-technologiczną rozwijającej się medycyny molekularnej^[19]. Biologia molekularna znajduje zastosowanie w ochronie zdrowia, w metodach analitycznych, diagnostycznych i terapeutycznych, na poziomie genomu, transkryptomu, proteomu i metabolomu pojedynczej komórki. Metody biologii molekularnej wykorzystywane są w badaniach zależności między strukturą różnych cząsteczek a ich funkcją w komórce, umożliwiają przewidywanie fizjologicznych/patologicznych konsekwencji mutacji/zmian genetycznych, badanie przepływu informacji między poszczególnymi strukturami molekularnymi: DNA – RNA – białko – przewidywany efekt biologiczny (cecha), dostarczają narzędzi do tworzenia nowej predykcyjnej i prewencyjnej medycyny molekularnej^[20], a w przyszłości umożliwią prowadzenie rutynowych zabiegów polegających na ukierunkowanej zmianie procesów biologicznych wybranych komórek (np rutynowej terapii genowej). Technologie wykorzystujące metody biologii molekularnej umożliwiły pozytywne zakończenie jednego z największych, wieloletnich programów międzynarodowych Projektu Poznania Ludzkiego Genomu (en. Human Genome Project, HUGO Project^[21][22]), jak również rozpoczęcie bardziej skomplikowanego technologicznie projektu "TCGA" budowania atlasu genomu raka (en. The Cancer Genome Atlas)^[23][24]. Metody biologii molekularnej znajdują swoje zastosowanie zarówno w badaniach naukowych jak i w wynikających z nich aplikacjach medycznych i diagnostycznych^{[25][26][27][28][29]}

biochemia

Dział: biochemia, wykorzystywana również powszechnie w ochronie zdrowia i diagnostyce laboratoryjnej, gdzie nacisk kładzie się na badanie chemicznych właściwości cząsteczek występujących w organizmach żywych (głównie organicznych), jakościową oraz ilościową analizę biochemiczną, oznaczanie aktywności enzymatycznej itp.^[30][31]

biofizyka

Dział: biofizyka, zwłaszcza molekularna, wykorzystywana w ochronie zdrowia np. w celu: oceny wpływu fizykochemicznych właściwości oddziaływania powierzchni komórek z innymi komórkami jak również z różnymi biomateriałami, stosowania terapii fotodynamicznych nowotworów, badania wewnątrzkomórkowych zjawisk energetycznych i mechanicznych, diagnostyki z wykorzystaniem zjawiska Elektronowego Rezonansu Magnetycznego (EMR) jak również Magnetycznego Rezonansu Jądrowego (MNR)^[32][33].

biologia komórki

Dział: biologia komórki, wykorzystywana w ochronie zdrowia np. w celu: analizy morfometrycznej, parametrów przyżyciowych komórek i tkanek, zajmująca się hodowlą komórkową w tym keratynocytów (hodowla skóry dla pacjentów po oparzeniach), diagnostyką przyżyciową komórek (np namnażaniem wyselekcjonowanej puli komórek o określonych parametrach lub namnażaniem komórek w celu diagnostyki wewnątrzkomórkowych pasożytów, bakterii i wirusów) badaniami nad hodowlą komórek, tkanek i narządów do transplantacji, terapią ex-vivo, badaniem komórek nowotworowych^[34][35],

biotechnologia

Dział: biotechnologia, znajdująca zastosowanie w ochronie zdrowia i diagnostyce laboratoryjnej, obejmująca opracowywanie i wdrażanie technologii związanych z profilaktyką, diagnostyką i terapią chorób w tym genetycznych jak również zakaźnych, umożliwia rozwój technologii molekularnych na rzecz mikrobiologii, wirusologii i parazytologii, opracowywanie nowoczesnych metod i systemów diagnostycznych, opracowywanie technologii biofarmaceutycznych (np. leków białkowych jak insulina, hormon wzrostu, leki genetyczne tj. aptamer pegaptanib stosowany w leczeniu zwyrodnienia plamki żółtej związanej z wiekiem (AMD)^[36]). Biotechnologia wraz z bioinformatyką mają największy wpływ na postęp technologiczny biomedycyny^[18][37][38],

bioinformatyka

Dział: bioinformatyka medyczna, intensywnie rozwijający się dział biologii medycznej (mierzony liczbą publikacji bioinformatycznych)^[39] mający zastosowanie w ochronie zdrowia, a zwłaszcza w badaniach in silico genomu, transkryptomu, proteomu i metabolomu komórki jak również w diagnostyce laboratoryjnej np. w analizie mikromacierzy ekspresyjnych, analizie wyników badań spektrometrii masowej. Bioinformatyka ma również zastosowanie w medycznym modelowaniu biologicznym w tym przewidywania aktywności substancji farmaceutycznych, budowie użytecznych wizualizacji anatomicznych i funkcjonalnych, medycynie obrazowej i tworzeniu coraz bardziej użytecznego w ochronie zdrowia oprogramowania bio-medycznego^[40][41][42],

biologia systemowa

Dział: biologia systemowa, zajmującą się badaniem złożonych oddziaływań i zależności genomu transkryptomu, proteomu i metabolomu na poziomie wzajemnego oddziaływania poszczególnych szlaków sygnałowych, oddziaływań całych systemów funkcjonalnych komórki i organizmu^[43][44].,

nanobiotechnologia

Dział: nanobiotechnologia medyczna, dział biotechnologii zajmujący się tworzeniem struktur/urządzeń o rozmiarach nanometrycznych (na poziomie pojedynczych atomów i cząsteczek)^[45][46][47],

tkankowa bioinżynieria materiałowa

Dział: tkankowa bioinżynieria materiałowa, mająca zastosowanie w ochronie zdrowia przez opracowywanie materiałów biomedycznych nowej generacji, określania właściwości i przydatności różnych biomateriałów do bezpośredniego zastosowania w organizmie człowieka lub też dla działu biologii komórki (np. kolagenowe trójwymiarowe hodowle komórkowe)^[48][49]

molekularna laboratoryjna biologia medyczna

Dział: molekularna laboratoryjna biologia medyczna- dział diagnostyki laboratoryjnej, wykorzystującej metody biologii molekularnej, w tym amplifikacji DNA/RNA, technik immunohistochemicznych, spektrometrii masowej białek i metabolitów, mikromacierzy ekspresyjnych, SNP, sekwencjonowania genomowego^[50], sekwencjonowanie białek itp.^[51][52][53]

terapia molekularna

Dział: terapia molekularna, rozwijający się coraz intensywniej dział operujący wiedzą w zakresie biologii molekularnej (etap opracowania technologicznego) i medycyny molekularnej (etap badań klinicznych)^[54][55],

Biologia medyczna oparta o metody biologii molekularnej łączy w sobie wszystkie zagadnienia rozwijającej się medycyny molekularnej, obejmującej wielkoskalowe zależności strukturalne i funkcjonalne między genomem, transkryptomem, proteomem i metabolomem człowieka, stanowiące podstawę systemu kształcenia w naukach biomedycznych, zwłaszcza w kierunkach nazywanych często "life science”.

Działy związane z biologią klasyczną

• cytologia
• fizjologia człowieka
• fizjologia rozwoju z embriologią
• fizjologia żywienia – nauczanie na tym kierunku obejmuje też elementy toksykologi, parazytologii i ekologii; absolwenci znajdują zatrudnienie w przemyśle farmaceutycznym, medycznym i spożywczym jak też laboratoriach medycznych oraz placówkach dydaktycznych i naukowo badawczych;

Działy biologii, mające szczególne zastosowanie w ochronie zdrowia

• mikrobiologia,
• wirusologia,
• parazytologia,
• toksykologia,
• immunologia,
• genetyka klasyczna,
• cytogenetyka

Działy te wyodrębniane są z biologii medycznej jako zupełnie niezależne dziedziny mające zastosowanie w ochronie zdrowia i diagnostyce laboratoryjnej.

Biomedycyna, w której skład wchodzą wymienione powyżej działy biologii medycznej, została również ujęta w Konwencji o Prawach Człowieka i Biomedycynie (Europejskiej Konwencji Bioetycznej).

Zagadnienia formalno-prawne

Komitet Badań Naukowych

• Termin biologia medyczna pojawia się w 1999 r. w wykazie dyscyplin naukowych według klasyfikacji KBN^[56], wyszczególnionym w uchwale nr 24/99 Komitetu Badań Naukowych z dnia 15 września 1999 r., gdzie wyszczególniono: „…5/ Zespół Nauk Medycznych (P-5):…” z dyscypliną „… P-5.2 biologia medyczna, w tym: anatomia, cytologia, fizjologia, embriologia, biochemia w medycynie, genetyka człowieka, histologia, immunologia medyczna, mikrobiologia lekarska …”, jak również „…4/ Zespół Nauk Biologicznych, Nauk o Ziemi i Ochrony środowiska (P-4): P-4.1 biologia molekularna, biochemia, biofizyka, biotechnologia z inżynierią genetyczną,…”.
• Określenie biologia medyczna pojawia się ponownie w 2003 r. w wykazie dyscyplin naukowych według klasyfikacji KBN^[57], załączonym do uchwały nr 36/2003 Komitetu Badań Naukowych z dnia 18 września 2003 r. w sprawie dziedzin nauki i dyscyplin naukowych należących do właściwości poszczególnych zespołów Komitetu Badań Naukowych piątej kadencji, gdzie na podstawie art. 8 ust. 3 ustawy z dnia 12 stycznia 1991 r. o Komitecie Badań Naukowych (Dz. U. z 2001 r. Nr 33, poz. 389 i z 2003 r. Nr 39, poz. 335) wyszczególniono pod numerem 57 dyscyplinę biologia medyczna.

Standardy kształcenia według MNiSW

• W załączniku nr 58 dotyczącym standardów kształcenia w zakresie lekarskiego kierunku studiów^[58] przedstawiono oficjalną definicję treści i spodziewanych efektów kształcenia w zakresie biologii medycznej, która została załączona do Rozporządzenia Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 12 lipca 2007 r. w sprawie standardów kształcenia dla poszczególnych kierunków oraz poziomów kształcenia, a także trybu tworzenia i warunków, jakie musi spełniać uczelnia, by prowadzić studia międzykierunkowe oraz makrokierunki (Dz. U. z dnia 13 września 2007 r.)^[59], zgodnie z art. 9 pkt 2 ustawy z dnia 27 lipca 2005 r. – Prawo o szkolnictwie wyższym (Dz. U. Nr 164, poz. 1365, z późn. zm.2). Załącznik nr 58 do wymienionego powyżej rozporządzenia zawiera uporządkowane kolejno: „… III. Ramowe treści kształcenia, 3. Treści i efekty kształcenia, A. Grupa treści podstawowych, 3. Kształcenie w zakresie biologii medycznej…”, gdzie zapisano: „Treści kształcenia: Struktura i funkcje genów u Prokaryota i Eukaryota. Genetyka populacyjna. Genetyka rozwoju. Ekogenetyka. Elementy biotechnologii. Parazytologia lekarska – układ pasożyt – żywiciel. Cykle rozwojowe pasożytów człowieka. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje: rozumienia genetycznej regulacji u wirusów i bakterii – organizmów prokariotycznych o nieskomplikowanej budowie genomu; rozumienia złożonej budowy i funkcji genomu organizmów eukariotycznych; oceny wpływu zanieczyszczenia środowiska czynnikami mutagennymi i kancerogennymi na organizm człowieka; rozumienia oddziaływania mutagenów z genomem człowieka; wykorzystywania podstawowych metod biologii molekularnej; rozpoznawania najczęściej spotykanych pasożytów człowieka w oparciu o znajomość ich budowy, cykli życiowych oraz podstawowych objawów chorobowych przez nie wywołanych.”. Kształcenie w zakresie biologii medycznej na kierunku lekarskim przewiduje 60 godzin.
• W załączniku nr 3 Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 12 lipca 2007 r. dotyczącego standardów kształcenia w zakresie kierunku analityki medycznej^[60], w rozdziale II „Kwalifikacje absolwenta” wymieniono biologię medyczną jako jedną z dziedzin, w których absolwent analityki medycznej powinien uzyskać kwalifikacje zawodowe: „…Absolwent jest przygotowany do pracy w: medycznych laboratoriach diagnostycznych; zakładach opieki zdrowotnej prowadzących badania kliniczne; instytutach naukowo-badawczych i ośrodkach badawczo-rozwojowych; jednostkach kontrolno-pomiarowych i laboratoriach z dziedziny biologii i genetyki medycznej, higieny ogólnej, kontroli i badania żywności oraz ochrony środowiska; urzędach i instytucjach państwowych oraz samorządowych działających w dziedzinie biologii medycznej i ochrony zdrowia…”.
• Z kolei w załączniku nr 12 Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 12 lipca 2007 r. dotyczącego standardów kształcenia w zakresie kierunku biologia^[61], w rozdziale „… III. Ramowe treści kształcenia, 3. Treści i efekty kształcenia, B. Grupa treści kierunkowych, 1. Kształcenie w zakresie biologii molekularnej i podstaw biotechnologii…”, stanowiącym podstawę naukowo-technologiczną biologii medycznej i rozwijającej się medycyny molekularnej, podkreślono zastosowanie tego kierunku w ochronie zdrowia i diagnostyce laboratoryjnej: „Treści kształcenia: Molekularna organizacja komórki. Struktura i funkcje białek, kwasów nukleinowych, lipidów i węglowodanów. Budowa i funkcja enzymów. Metabolizm -lokalizacja, regulacja i integracja procesów komórkowych. Zaburzenia metabolizmu. Replikacja DNA. Mutacje i naprawa DNA. Rekombinacja genetyczna. Kod genetyczny. Ekspresja genów i jej regulacja. Metody analizy genetycznej. Chromosomowa teoria dziedziczenia. Dziedziczenie pozachromosomowe. Genomika i proteomika. Molekularne podstawy chorób dziedzicznych i nowotworowych. Inżynieria genetyczna i jej podstawowe narzędzia. Diagnostyka molekularna. Terapia genowa. Budowa i zróżnicowanie mikroorganizmów. Fizjologia drobnoustrojów. Wirusologia molekularna. Molekularne podstawy patogenezy mikroorganizmów. Molekularne i komórkowe podstawy odpowiedzi immunologicznej. Tolerancja i nadwrażliwość immunologiczna. Szczepienia i przeszczepy. Biotechnologia – wykorzystanie organizmów w medycynie, rolnictwie, przemyśle i ochronie środowiska. Organizmy modyfikowane genetycznie. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje: posługiwania się podstawowymi technikami biochemicznymi, genetycznymi, mikrobiologicznymi i immunologicznymi; rozumienia molekularnych podstaw funkcjonowania organizmów prokariotycznych i eukariotycznych; rozumienia możliwości wykorzystywania materiału biologicznego w medycynie, rolnictwie, przemyśle i ochronie środowiska.” Natomiast w punkcie „13. Kształcenie w zakresie genetyki człowieka: Treści kształcenia: Budowa genomu człowieka. Metody badań stosowane w genetyce człowieka – różnice w stosunku do metod używanych w genetyce innych organizmów. Molekularne podstawy zaburzeń genetycznych u człowieka – metody ich wykrywania. Występowanie chorób genetycznych człowieka w różnych populacjach. Możliwości leczenia chorób genetycznych. Różnorodne praktyczne zastosowania metod genetyki molekularnej człowieka – zapłodnienie in vitro, diagnostyka prenatalna, medycyna sądowa. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje: rozumienia specyfiki genomu człowieka i metod stosowanych w genetyce człowieka; rozumienia przyczyn zaburzeń genetycznych człowieka i możliwości ich leczenia; praktycznego wykorzystywania genetyki molekularnej człowieka.”
• W załączniku nr 13 Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 12 lipca 2007 r. dotyczącego standardów kształcenia w zakresie kierunku biotechnologia^[62], w rozdziale „… III. Ramowe treści kształcenia, 3. Treści i efekty kształcenia, B. Grupa treści kierunkowych, 2. Kształcenie w zakresie biologicznych aspektów biotechnologii…”, stanowiącym podstawę naukowo-technologiczną biologii medycznej i rozwijającej się medycyny molekularnej, podobnie jak w przypadku kierunku biologia podkreślono zastosowanie tej dziedziny w ochronie zdrowia i diagnostyce laboratoryjnej: „Treści kształcenia: Izolacja, identyfikacja i określanie właściwości pojedynczych substancji biologicznie aktywnych. Właściwości enzymów i możliwości ich wykorzystania do prowadzenia procesów biotechnologicznych – analiza i przygotowanie do zastosowań przemysłowych i medycznych. Techniki molekularne i technologie wykorzystywane w badaniach materiału genetycznego: PCR, klonowanie i sekwencjonowanie DNA, analizy genowe i genomowe. Mikroorganizmy o znaczeniu przemysłowym. Techniki sterowania metabolizmem komórkowym u różnych organizmów.Dodatkowo na studiach licencjackich: projektowanie i wykonywanie manipulacji na materiale genetycznym. Wykorzystywanie danych molekularnych w badaniach biologicznych i medycznych. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje: rozumienia możliwości wykorzystania materiału biologicznego w biotechnologii – od pojedynczych cząsteczek, poprzez kompleksy cząsteczki, makrocząsteczki do organizmów jednokomórkowych i wielokomórkowych; stosowania podstawowych technik eksperymentalnych i laboratoryjnych biologii molekularnej.”

Specjalizacje

• Pomimo że biologia medyczna od kilku lat stanowi osobny kierunek nauczania na poziomie uniwersyteckim^[5][63] i doktoranckim^[7][17], jak również specjalizację wielu jednostek naukowo badawczych^{[9][10][14][15]}, inaczej niż np. w przypadku fizyki medycznej, do chwili obecnej nie została formalnie usankcjonowania wpisem na listę dziedzin mających zastosowanie w ochronie zdrowia^[1] i/lub diagnostyce laboratoryjnej^[2].

Instytucje

Naukowe, medyczne i formalno-prawne zagadnienia dotyczące biologii medycznej stanowią przedmiot zainteresowania wielu jednostek oraz instytucji w Polsce:

• Powołany decyzją PAN Instytut Biologii Medycznej PAN^[64][65],
• Komitet Biotechnologii Medycznej Polskiej Akademii Nauk^[66],
• Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej] w Sosnowcu – uprawnienia nadawania tytułu doktora w dyscyplinie: biologia medyczna^[67],
• Katedra Biochemii Klinicznej Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego^[68],
• Centrum Medyczne Kształcenia Podyplomowego^[69],
• Katedra Biologii Medycznej Wydziału Nauk Medycznych Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego^[70],
• Zakład Biologii Medycznej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego^[71],
• Katedra Biologii Medycznej Collegium Medicum Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Bydgoszczy^[72],
• Samodzielna Pracownia Biologii Medycznej Pomorskiej Akademii Medycznej^[73],
• Centrum Egzaminów Medycznych (CEM) w Łodzi^[74],
• Polska Federacja Biotechnologii^[75],
• Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego^[76],
• Ministerstwo Zdrowia^[77],

Zobacz też

• Fizyka medyczna,
• Chemia medyczna,
• Biomedycyna,
• Biologia molekularna,
• Medycyna molekularna,
• Diagnostyka laboratoryjna,
• Laboratoryjna diagnostyka sądowa,
• Nagroda Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.

Linki zewnętrzne

• Instytut Biologii Medycznej Polskiej Akademii Nauk,
• Studia doktoranckie w zakresie biologii medycznej Centrum Medycznego Kształcenia Podyplomowego w Warszawie,
• Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej w Sosnowcu – uprawnienia nadawania tytułu dr w dyscyplinie biologia medyczna,
• Katedra Biologii Medycznej Collegium Medicum w Bydgoszczy,
• Samodzielna Pracownia Biologii Medycznej Pomorskiej Akademii Medycznej,
• Biblioteka biologii medycznej i molekularnej,
• Biologia medyczna w wykazie dyscyplin naukowych. kbn.icm.edu.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2007-07-15)]. według klasyfikacji KBN – 2003 r.,
• Polska Federacja Biotechnologii,
• European Federation of Biotechnology. efb-central.org. [zarchiwizowane z tego adresu (2017-07-08)].,
• Principles of Medical Biology,
• Molecular Medicine and Gene Therapy,
• The Department of Biomedicine. uib.no. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-09-23)]. – Master in Medical Biology,
• Medical Biology. studeren.uva.nl. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-12-13)]. at the University of Amsterdam,
• Institute of Medical Biology. imb.a-star.edu.sg. [zarchiwizowane z tego adresu (2018-01-01)].,
• Kształcenie specjalizacyjne. cmkp.edu.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-09-25)]. diagnostów laboratoryjnych -Tryb postępowania według CMKP,
• Program specjalizacji. cmkp.edu.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-11-01)]. diagnostów laboratoryjnych,
• Specjalizacja diagnostów. cmkp.edu.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-09-26)]. – wniosek o uznanie dotychczasowego doświadczenia zawodowego za równoważny specjalizacji,
• Powierzenie obowiązków specjalisty. cmkp.edu.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-09-25)]. w dziedzinach, w których dotychczasowe przepisy nie przewidywały uzyskania lub tytułu specjalisty,
• Powierzenie obowiązków specjalisty w dziedzinach, w których nie ma wystarczającej liczby specjalistów,
• Pełnomocnicy uczelni medycznych ds organizacji specjalizacji diagnostów laboratoryjnych- według CMKP.

Przypisy