Международная группа ученых представила концепцию виртуальной артерии, которая включает в себя всю информацию о разных уровнях организации сердечно-сосудистой системы. Результаты работы опубликованы в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A.

Применение компьютерного моделирования в современной биоинженерии сильно ограничено. Так, с его помощью можно синтезировать новые препараты или предсказывать реакцию пациента на то или иное вещество. Однако ключевые этапы работы предусматривают эксперименты на живом материале: например, испытания вакцины на культуре клеток и затем целых организмах. При этом опыты на животных и человеке нередко критикуются за неэтичность.

В новой работе ученые из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) и Амстердамского университета представили концепцию, цель которой — распространение моделирования и на основные этапы исследований. Авторы разработали компьютерную модель, которая может имитировать деятельность всей сердечно-сосудистой системы человека на разных уровнях организации.

Участок сосуда в приближении. / © Alfons G. Hoekstra et al., Philosophical Transactions of the Royal Society A, 2016

Создание модели ведется с помощью разработанной ранее платформы для мультимасштабного моделирования и симуляции (MMSF). Авторы отмечают, что к настоящему времени им удалось добиться реалистичного механизма клеточной пролиферации в стенках артерии, проникновения в них препарата, а также натяжения виртуального сосуда. Это может использоваться для моделирования ситуаций, когда в сосуде устанавливается стент — расширяющий каркас.

«Наша модель поможет понять, почему в некоторых случаях ткани слишком интенсивно прорастают сквозь стент и сосуд повторно сужается, то есть происходит рестеноз», — сообщил соавтор работы Павел Зун (Pavel Zun).

Ученые отмечают, что большинство подмоделей, описывающих локальные процессы в сердечно-сосудистой системе, уже существует. Однако компьютерные модели, которые стремятся объединить их в систему, недостаточно согласуются с экспериментальными данными. Помимо решения этой проблемы потенциально виртуальная артерия позволит отказаться от опытов на живых организмах, ограничив подобные исследования компьютерным моделированием.