Ученые из МФТИ создали первую компьютерную модель больной сердечной ткани
Биологи из МФТИ и Бельгии создали первый полноценный компьютерный аналог сердечной ткани, изучение которой поможет ученым понять, как возникает аритмия и другие тяжелые проблемы со здоровьем сердца, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
"Наша модель предсказывает такое же распространение волн, какое мы наблюдали в эксперименте, а значит, с помощью нее можно научиться предсказывать вероятность развития аритмии. То есть можно варьировать условия формирования ткани и смотреть, насколько вероятно развитие аритмии в этой ткани", - рассказывает Константин Агладзе, профессор МФТИ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Сердце человека и животных является уникальным органом, чьи клетки могут одновременно спонтанно вырабатывать электрические импульсы и сокращаться, не требуя для этого постоянного потока "команд" из спинного или головного мозга. Импульсы тока вырабатывают так называемые "клетки-водители", а кардиомиоциты мускульные клетки, используют их для воспроизведения сокращений и расслабления в нужные моменты времени.
Агладзе и его коллеги уже несколько лет изучают нарушения, возникающие в работе сердца из-за сбоев в работе этих клеток и контактов между ними, что, как надеются ученые, в конечном итоге поможет медикам предсказывать наступление аритмии и других проблем с работой сердечной мышцы и предотвращать их. Недавно его команда создала своеобразное "сердце Франкенштейна", заставив клетки сердечной ткани, извлеченные из тела двух разных видов животных, соединиться и биться в унисон.
Используя результаты этих опытов и наблюдений за работой отдельных клеток сердца мышей и крыс, ученые создали первую компьютерную модель сердечной ткани, которая, как показали их наблюдения, точно воспроизводит все электрические и механические процессы, которые происходят внутри бьющегося сердца. Эта программа, как объясняют Агладзе и его коллеги, учитывает то, как форма разных типов клеток влияет на распространение электрических импульсов и многие другие "тонкие" процессы в сердце.
К примеру, эта виртуальная сердечная ткань реалистично меняет свою работу в том случае, если в ней начинают накапливаться фибробласты - клетки соединительной ткани, не реагирующие на электрические импульсы и не участвующие в сокращении мышцы. Если фибробластов становится слишком много, то работа сердца нарушается и возникает аритмия, так как они мешают нормальному распространению волн по сердечной ткани.
Распространение волн на сердечных тканях моделировалось и раньше, но это были простые модели, которые не воспроизводили сложную форму клеток и само устройство сердечной ткани. Как подчеркивают российские ученые, они создали первый ее полноценный аналог в виртуальном пространстве, что в будущем, когда Агладзе и его коллеги добавят в эту модель пока отсутствующие в ней элементы, такие как миграция и деление клеток, позволит биологам и медикам изучать различные сбои в сердце человека, не подвергая его реальной опасности.
