Пятница 29 марта 2024 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» В МФТИ смогут моделировать аритмию на “виртуальном сердце”


В МФТИ смогут моделировать аритмию на “виртуальном сердце”

Пятница, 18 Августа 2017 12:14

Исследовательская группа из МФТИ и Гентского университета (Бельгия) разработала первую реалистичную модель, которая воспроизводит сложное строение сердечной ткани.

 

С помощью неё учёные надеются установить связь между структурными изменениями сердечной ткани (например, развитием фиброза) и возникновением аритмии. Хотя модель описывает пока только один слой сердечных клеток, электрические волны распространяются по виртуальному слою так же, как и по реальному, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию Planet Today. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

 

Нина Кудряшова, аспирантка МФТИ, комментирует:“В процессе старения вероятность возникновения аритмии увеличивается, отчасти это связано с появлением фиброза. У пациентов можно наблюдать уже только финальную картину строения сердечной ткани, но не сам процесс. Поэтому мы разработали математическую модель, которая смогла бы показать, какие факторы ведут к образованию того или иного типа фиброза.”

 

Согласно статистике ВОЗ, сердечно-сосудистые заболевания являются самой частой причиной смерти в мире, из них около 40% случаев происходят внезапно и вызваны аритмией. Аритмия – это нарушение нормального ритма сокращения сердца. Сердце сокращается благодаря распространению электрических волн в сердечной ткани. Сердечная ткань состоит из разных клеток, электрические волны передают возбудимые клетки – кардиомиоциты. Кроме кардиомиоцитов в сердечной ткани есть не передающие электрическое возбуждение клетки, например, фибробласты. Если фибробластов становится слишком много, изменяется распространение волн. Такое нарушение называется фиброзом, оно является частой причиной аритмии. Наблюдать постепенное развитие аритмии у пациентов невозможно, но с помощью компьютерной имитации сердечной мышечной ткани можно было бы изучить взаимосвязь между клеточным строением ткани и развитием аритмии.

       

 

Рисунок: Экспериментальная клеточная культура в четырёх случаях. Жёлтыми оттенками показаны кардиомиоциты, синими – фибробласты. На верхних двух картинках отдельные клетки и клетки в составе единого монослоя без нановолокон, на нижних двух на подложке из нановолокон.

 

Чтобы построить достоверную модель, учёные собрали экспериментальные данные о формах клеток. Для этого они высадили культуру из сердечных клеток – кардиомиоцитов и фибробластов – в разных условиях. Всего было четыре случая: изолированные друг от друга клетки, клетки в составе единого монослоя и то же самое, но на подложке из нановолокон. Нановолокна имитируют внеклеточный матрикс, который задаёт структуру ткани в реальном сердце. Благодаря нановолокнам клетки вытягиваются в одном направлении, воссоздавая устройство сердечного мышечного волокна. Таким образом учёные собрали статистические данные о том, какой формы бывают фибробласты и кардиомиоциты и как они взаимодействуют между собой.

 

Валерия Цвелая, аспирантка МФТИ, объясняет: “Из-за того, что клетки сердечной ткани вытянуты в определённом направлении, ткань обладает так называемым свойством анизотропии. То есть электрические волны в разных направлениях распространяются по-разному. Если волны распространяются одинаково во всех направлениях (как, например, на слое без нановолокон), это называется изотропией.”          

 

Для имитации формирования сердечной ткани учёные взяли за основу математическую модель, которая широко используется в исследованиях роста тканей, и оптимизировали её с помощью собранных экспериментальных данных. Полученная модель смогла точно воспроизвести параметры форм клеток во всех четырёх случаях. С помощью электрода учёные стимулировали клетки в культуре, чтобы наблюдать распространение волн возбуждения. Также они моделировали поведение волн на виртуальных образцах сердечной ткани. Получилось, что по виртуальному слою сердечной ткани волны распространяются точно так же, как и по реальному, и в изотропном, и в анизотропном случаях. Это означает, что разработанную модель действительно можно использовать для изучения свойств сердечной ткани и возможных предпосылок аритмии. 

 

 

Рисунок: Распространение электрических волн. Верхние изображения – для изотропного случая, нижние – для анизотропного. a) Экспериментальные образцы. b) Компьютерная симуляция.

 

Распространение волн на сердечных тканях моделировалось и раньше, но это были простые модели, которые не воспроизводили сложную форму клеток. Кроме того, в предыдущих симуляциях фибробласты располагаются случайным образом. Но реальные кардиомиоциты и фибробласты специфически взаимодействуют друг с другом, и это приводит к некоторой группировке клеток. Авторы же новой модели учли формы клеток и межклеточное взаимодействие, что делает компьютерную имитацию более похожей на сердечную ткань. 

 

“Наша модель предсказывает такое же распространение волн, какое мы наблюдали в эксперименте, а значит, с помощью неё можно научиться предсказывать вероятность развития аритмии. То есть можно варьировать условия формирования ткани и смотреть, насколько вероятно развитие аритмии в этой ткани.” – поясняет руководитель лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ профессор Константин Агладзе.

 

Вместе с тем, модель находится на первой стадии разработки. В ней ещё не учтены некоторые факторы, например, миграция и деление клеток, которые могут влиять на формирование ткани. Кроме того, сердце трёхмерное, а модель двумерная – учёным ещё предстоит расширить её до трёхмерной. Благодаря этому появятся новые возможности для исследования сердечных аритмий, связанных со структурой сердечной ткани.

 
 

 

 

 

Волкова Алена Опубликовано в Наука   Теги МФТИ
Главное за сутки
МИД РФ: активность НАТО в Восточной Европе заточена на столкновение с Россией МИД РФ: активность НАТО в Восточной Европе заточена на столкновение с Россией Деятельность НАТО в Восточной Европе и Черноморском регионе нацелена на подготовку к вероятному конфликту с Москвой, заявили РИА Новости в МИД России. На Смоленской площади указали на усиление военного потенциала…
В ООН зафиксировали факты пыток российских военнопленных на Украине В ООН зафиксировали факты пыток российских военнопленных на Украине Российские военнопленные подвергаются пыткам на Украине. Об этом говорится в опубликованном в Женеве докладе Управления верховного комиссара ООН по правам человека (УВКПЧ). Представители этого управления с 1 декабря прошлого года…
Вучич: Сербия столкнулась с угрозой жизненно важным национальным интересам Вучич: Сербия столкнулась с угрозой жизненно важным национальным интересам Сербия в ближайшее врeмя столкнется c тяжелыми вызовами, котoрые угрожают ее жизненно важным национaльным интересам. Об этом нaписал сербский президент Александaр Вучич в Instagram (запрещен в России, принадлежит корпорации Meta,…
Интернет и СМИ
Читайте также
У женщин-викингов обнаружены интригующие модификации черепа У женщин-викингов обнаружены интригующие модификации черепа Недавнее исследование, опубликованное в Current Swedish Archaeology, углубляется в открытие трех женщин из Готланда эпохи викингов, которые перенесли удлинение черепа. Это исследование проливает свет на увлекательную традицию модификации тела, распространенную…
Ученые доказали: собаки знают больше слов, чем принято считать Ученые доказали: собаки знают больше слов, чем принято считать Раньше считалось, что собаки, обладая хорошими навыками запоминания команд, намного хуже знают обозначения предметов. Оказалось, что все же знают, понимают, но не слишком торопятся эти знания демонстрировать. Как сообщает журнал…
Ученые восстановили лицо женщины-«вампира» из Италии 16 века Ученые восстановили лицо женщины-«вампира» из Италии 16 века «Вампир» XVI века, похороненный с каменным кирпичом во рту, воскрес благодаря работе специалиста по реконструкции лица. Обнаруженную в братской могиле жертв чумы, давно умершую женщину, вероятно, подозревали в распространении болезни…
Тема дня
Пушки вместо масла: Запад активно милитаризируется под русофобскую истерию Пушки вместо масла: Запад активно милитаризируется под русофобскую истерию

Резонёрствующих русофобов на Западе становится тем больше, чем яснее просматривается крах киевского ...

Фото
Исследование выявило доказательства насилия во время кризиса в древнем Перу Исследование выявило доказательства насилия во время кризиса в древнем Перу

Переход от пятого к четвертому веку до нашей эры (до нашей эры), по-видимому, был критическим период...

Опрос

Введет ли Франция и/или другая европейская страна официально свои войска на территорию Украины?

 

Анекдот дня

О пользе русских народных сказок: учтя ошибку деда и бабы, хлеб стали выпекать кирпичиками.

Еще »
Комментарии для сайта Cackle
Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-83392 от 07.06.2022, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. При использовании, полном или частичном цитировании материалов

planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с точкой зрения редакции.

На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления

информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет",

находящихся на территории Российской Федерации)".