Восстановление тканей — одно из самых загадочных явлений природы, при этом жизненно необходимое для организма человека. Как только происходит повреждение кожи или внутренних органов, здоровые клетки начинают активно делиться, чтобы заменить утраченные. Однако при таких состояниях, как сахарный диабет, ожоги либо онкологические заболевания, этот слаженный процесс часто выходит из строя, и организм не способен самостоятельно справляться с задачей регенерации.
Исследователи Пермского Политехнического университета представили новый уникальный алгоритм, который смог воссоздать процессы, происходящие в биологических тканях при заживлении ран, ожогов и даже росте злокачественных новообразований. Этот научный прорыв дает возможность не только наблюдать, но и прогнозировать дальнейшее развитие как положительных, так и патологических процессов на клеточном уровне.
Ключевая особенность алгоритма заключается в том, что он синтезирует механические и химические свойства каждой отдельной клетки, имитируя натуральное поведение биологических элементов: клетки делятся, изменяют свою форму, вступают в контакт с окружающими их структурами и реагируют на разные виды воздействия, такие как давление или растяжение.
Роль клеточного движения в заживлении тканей и опухолевом росте
Стало известно, что заживление ран и развитие опухолей подчиняются одному и тому же универсальному биологическому механизму — движениям эпителиальных клеток. В лабораторных условиях обнаружить все нюансы этого процесса почти невозможно: стандартные эксперименты ограничены искусственными моделями, а врачи зачастую сталкиваются только с уже развившимися стадиями болезней. Кроме того, прежние цифровые модели считали лишь часть критически важных параметров.
Именно поэтому модель, разработанная в Пермском Политехе, стала настоящим открытием: виртуальные клетки могут реагировать на разные преграды — твердые или мягкие, такие как кости, импланты, мышцы или современные биоматериалы. Было доказано, что на жестких границах клетки формируют компактные скопления и области напряжения, а упругие окружения способствуют равномерному распределению нагрузки и создают условия для регенерации здоровых тканей.
Позиция экспертов: Иван Красняков и Максим Бузмаков о значимости открытия
Доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ Иван Красняков отмечает, что внутренняя среда человеческого организма обладает сложной структурой: одни участки имеют твёрдые преграды, другие — упругие или даже мягкие. Клетки воспринимают и реагируют на эти различия, изменяя свое поведение в зависимости от типа преграды. Это открывает принципиально новые пути для ускорения восстановления поврежденных тканей.
Максим Бузмаков, младший научный сотрудник, сравнивает неравномерность распределения клеточного деления с работой офиса, в котором часть работников отсутствует, а общий объем задач не уменьшается. К примеру, при диабете нарушается способность кожи закрывать раны, а в легочной ткани развиваются рубцы вместо новой здоровой ткани — все это наглядно подтверждается цифровым моделированием, выполненным в рамках исследования.
Механика регенерации: поиск равновесия между хаосом и порядком
Компьютерное моделирование показало, что идеальное заживление и рост здоровых тканей возможны только при оптимальном балансе между случайностью и направленностью движения клеточных масс. Если процесс деления клеток замедляется или нарушается, в отдельных зонах создаётся перенапряжение, что приводит к разрушению структуры тканей и формированию патологических изменений. С другой стороны, правильно настроенный баланс обеспечивает быстрый и эффективный процесс регенерации.
Будущее в медицине: возможности внедрения в клиническую практику
Этот инновационный подход перспективен для персонализированной и восстановительной медицины. Модель ученых Пермского Политеха позволяет прогнозировать течение самых различных заболеваний, выбирать наиболее эффективную тактику индивидуального лечения для пациента и даже опробовать новые препараты в виртуальной среде до начала реальных клинических исследований.
Открытия отечественных ученых уже привлекают внимание международного медицинского сообщества и дают надежду на появление новых методов борьбы с тяжелыми заболеваниями. Подобные цифровые модели могут стать основой для создания принципиально новых лечебных протоколов и улучшить качество жизни пациентов по всему миру.
Помимо этого, в Пермском регионе активно ведутся разработки в других областях медицины, включая инновационные подходы к лечению переломов. Пермский Политех и его молодые исследователи продолжают делать вклад в развитие российских технологий, демонстрируя высокий потенциал отечественной науки и вдохновляя на новые свершения.
