Наука и технологии России

Вход Регистрация

Трёхмерная компьютерная модель поможет предотвращать рестеноз

Учёные из Амстердама и Санкт-Петербурга представили концепцию «Виртуальной артерии». В новом исследовании они показали, что эта мультимасштабная компьютерная модель объединит в себе несколько подмоделей, описывающих участки сердечно-сосудистой системы в разном приближении. Разработчики считают, что детальная имитация человеческой артерии позволит глубже изучить заболевания сосудов и создаст альтернативу испытаниям лекарств на животных. Результаты исследования опубликованы в журнале Philosophical Transactions A.

Разработка «Виртуальной артерии» ведётся на стыке наук: биологии, химии и физиологии. Это сочетание даёт модели широкие возможности, но и усложняет процесс её создания. Сотрудники Амстердамского Университета в Нидерландах и Университета ИТМО в Санкт-Петербурге разработали проект такой компьютерной модели для имитации работы кровеносных сосудов. Чтобы создать виртуальную артерию, учёные предложили объединить разноуровневые модели сердечно-сосудистой системы и показали, как те будут взаимодействовать друг с другом.

Виртуальная_артерия Концепция «Виртуальной артерии». На изображении показано, как модели вкладываются друг в друга

Большинство необходимых подмоделей уже разработаны, а некоторые из них проходят доклинические испытания. Однако многие компьютерные модели все ещё недостаточно согласуются с экспериментальными данными, говорят исследователи. Именно эту основную проблему, которая пока не позволяет объединить подмодели в полноценную виртуальную артерию, разработчики сейчас решают.

Одно из возможных применений «Виртуальной артерии» – это тестирование новых лекарств и хирургических методик. «Медицинская индустрия, да и общество в целом заинтересованы в снижении количества испытаний с участием животных, – поясняет руководитель проекта Альфонс Хукстра (Alfons Hoekstra), профессор Амстердамского Университета и Университета ИТМО. –

Целью нашей работы является, в том числе, создание инструмента, который станет альтернативой этим тестам и позволит разрабатывать препараты без вреда для живых существ, и, возможно, даже уменьшит роль испытаний на людях».

Частью будущей виртуальной артерии является модель нежелательного роста ткани внутрь сосуда после установки в нём стента – распирающего каркаса. Врачи проводят такую операцию, если на каком-то участке у человека значительно сузилась одна, а чаще – несколько артерий, поскольку сужение сосудов, или стеноз, грозит серьёзными осложнениями вплоть до инфаркта или инсульта.

Виртуальная_артерия Участок сосуда с установленным стентом

При этом установка стента не всегда проходит успешно. «Наша модель поможет понять, почему в некоторых случаях ткани слишком интенсивно прорастают сквозь стент и сосуд повторно сужается, то есть происходит рестеноз, – поясняет Павел Зун, ведущий автор статьи, аспирант кафедры высокопроизводительных вычислений Университета ИТМО. – Воспроизводя этот процесс, мы научились моделировать клеточный рост артериальной стенки, физические взаимодействия, возникающие из-за того, что стент растягивает сосуд, а также то, как лекарственные вещества со стента проникают вглубь тканей. Всё это, безусловно, пригодится при создании мультимасштабной модели виртуальной артерии».

Виртуальная_артерия Прорастание стенки артерии сквозь стент. Модель и микрофотография

Полноценная виртуальная артерия, по мнению учёных, позволит изучать более широкий спектр сердечно-сосудистых заболеваний, совместив в себе несколько разноуровневых моделей. На первом уровне разработчики воспроизводят кровоток по всему телу. Эта модель не слишком подробная, одномерная. Углубляясь, они переходят к трёхмерному участку кровеносного сосуда. На самом низком уровне рассматриваются взаимодействия между клетками внутри артериальной стенки. Так шаг за шагом учёные подходят к более точному воспроизведению сложных природных процессов.

Источник: пресс-служба Университета ИТМО

РЕЙТИНГ

4.40
голосов: 5

Обсуждение