АРИТМИЮ СМОГУТ МОДЕЛИРОВАТЬ НА «ВИРТУАЛЬНОМ СЕРДЦЕ»
Исследовательская группа из Московского физико-технического института и Гентского университета (Бельгия) разработала первую реалистичную модель, которая воспроизводит сложное строение сердечной ткани. С помощью нее ученые надеются установить связь между с
«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», — комментирует Нина Кудряшова, аспирантка МФТИ.
Аритмия — это нарушение нормального ритма сокращения сердца. Сердце сокращается благодаря распространению электрических волн в сердечной тка- ни. 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.
Чтобы построить достоверную модель, ученые собрали экспериментальные и статистические данные о том, какой формы бывают фибробласты и кардиомиоциты и как они взаимодействуют между собой. 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.
Для имитации формирования сердечной ткани ученые взяли за основу математическую модель и оптимизировали ее с помощью собранных экспериментальных данных. Полученная модель смогла точно воспроизвести параметры форм клеток. С помощью электрода ученые 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. Это означает, что разработанную модель действительно можно использовать для изучения свойств сердечной ткани и возможных предпосылок аритмии.
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.
Сейчас модель находится на первой стадии разработки, в ней еще не учтены некоторые факторы. Ученым также предстоит сделать модель не двухмерной, а трехмерной. Благодаря этому появятся новые возможности для исследования сердечных аритмий, связанных со структурой сердечной ткани.