Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали виртуальную модель эпителиальной ткани, которая позволяет прогнозировать развитие опухолей и других патологий при повреждениях, пишет ТАСС. Алгоритм учитывает механические и химические свойства каждой клетки, воспроизводя поведение живых тканей при порезах, ожогах и онкологических процессах.
В университете пояснили, что способность организма к регенерации — сложный процесс, в котором клетки координированно восстанавливают повреждения. Однако при ряде заболеваний этот механизм нарушается: у диабетиков возникают хронические раны, после ожогов — рубцы, а при онкологии те же процессы клеточного деления и миграции запускают рост опухолей. Разработанная в ПНИПУ система впервые объединяет биомеханические и биохимические параметры, что позволяет воспроизводить ранние стадии патологий и предсказывать их дальнейшее развитие.
Как работает цифровая ткань
Модель, созданная в ПНИПУ, впервые сочетает два ключевых принципа: каждая клетка действует как самостоятельный элемент со своими свойствами, а химические сигналы влияют на физическое состояние клетки — и наоборот. Это позволяет воспроизводить сложные механизмы, лежащие в основе регенерации и опухолевого роста.
Виртуальные клетки «живут» по тем же законам, что и реальные: двигаются, делятся, реагируют на сжатие и растяжение, взаимодействуют с соседями. В ходе тестирования учёные смоделировали повреждение ткани — цифровые клетки скоординированно устремились к зоне «раны», полностью повторив естественный процесс заживления. Это подтвердило, что модель точно отражает механизмы регенерации, характерные для живого организма.
Как отметил доцент кафедры «Прикладная физика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Иван Красняков, поведение клеток зависит от типа окружающих границ. На жёстких поверхностях образуются области повышенного давления и плотные скопления, которые могут становиться точками патологического роста. На упругих, наоборот, клетки мягко перераспределяют нагрузку, формируя здоровую ткань.
В ходе моделирования учёные выявили «золотую середину» — оптимальный баланс между подвижностью клеток и их организованным движением. При нарушении деления элементов ткани накапливается физическое напряжение, что ведёт к рубцеванию, хроническим ранам и фиброзу. По словам младшего научного сотрудника кафедры «Прикладная физика» Максима Бузмакова, прекращение деления лишает ткань механизма саморегуляции, что приводит к утрате её функций.
Разработанная система может стать инструментом персонализированной медицины. Для практического применения у пациента берут гистологическую пробу, измеряют механические параметры клеток, их способность к делению и миграции. На основе этих данных модель воспроизводит индивидуальное развитие ткани — например, рост опухоли или процесс заживления раны — и прогнозирует эффективность различных методов лечения ещё до их применения.
Как отмечают в ПНИПУ, технология открывает перспективы не только для онкологии, но и для восстановительной медицины. Создавая цифровую копию тканей пациента, врачи смогут подбирать оптимальную терапию и предсказывать реакцию организма на вмешательство.