Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали математическую модель, позволяющую детально исследовать, как клетки эпителия перестраиваются под механическим воздействием. Эта модель может применяться как для изучения процессов заживления ран, так и для анализа механизмов развития онкологических заболеваний. Результаты исследования опубликованы в «Российском журнале биомеханики».
Эпителиальные ткани постоянно подвергаются механическим нагрузкам — растяжению, сжатию, повреждениям. Чтобы сохранить целостность, клетки меняют форму и взаимное расположение — этот процесс называется переупаковкой. В здоровом организме он способствует быстрому заживлению ран, но при онкологии тот же механизм дает сбой: клетки теряют связь друг с другом, начинают бесконтрольно делиться и формируют опухоль.
Существующие модели клеточного поведения часто слишком упрощены и не учитывают ключевые факторы, такие как изменение формы клеток, химические сигналы между ними и особенности разных типов тканей. Разработка пермских ученых лишена этих недостатков.
Мы использовали усовершенствованную вершинную модель, которая описывает клетки как многоугольники, соединенные между собой вершинами (точками) и способные изменять свою форму и размеры в зависимости от взаимодействия с соседями. Это совокупность уравнений, которые позволяют рассчитать эластичность биологических элементов, механические силы, которые на них действуют – например, растяжение ткани, – и химические сигналы, которыми они обмениваются.
Модель уже протестирована на данных клинических исследований и показала высокую точность. Она поможет:
- Прогнозировать заживление тканей после операций или травм.
- Исследовать механизмы метастазирования при онкологии.
- Оптимизировать разработку медицинских имплантов и протезов.
Особое внимание стоит уделить интеркаляции — так называется способность тканевых элементов менять свое положение относительно соседей. Мы исследовали большой ряд значений этого параметра. Было установлено его самое оптимальное значение (dint = 0,40), при котором достигается наиболее устойчивое состояние эпителия, то есть ткань ведет себя наиболее естественно и устойчиво, как в здоровом организме.
Разработка открывает новые возможности для биомедицинских исследований, включая изучение раковых опухолей. В будущем модель может быть доработана для персонализированной медицины, позволяя предсказывать реакцию тканей конкретного пациента на лечение.
Читайте ещё материалы по теме:
Уникальная лаборатория по выращиванию клеток для исследований болезней открылась в Томске
Долгожители биореакторов: учёные создали особые клетки для производства фармацевтических белков
