Ученые смоделировали процесс роста тромбов в артериях человека и обнаружили развитие тромба напоминает события в популярной компьютерной игре «Тетрис»: отдельные частицы – тромбоциты – либо прикрепляются к поверхности кровеносного сосуда, либо прилипают к выростам образовавшегося сгустка. Только в отличие от «Тетриса» полностью заполненные линии не исчезают. О работе рассказывается в пресс-релизе МФТИ.
В исследование участвовали ученые из Федерального научно-клинического центра детской гематологии, онкологии и иммунологии (ФНКЦ ДГОИ), Центра теоретических проблем физико-химической фармакологии, МФТИ, МГУ, Института проблем машиноведения (Петербург) и Свободного университета (Берлин). Результаты исследования изложены в статье, опубликованной в электронном научном журнале PLoS One.
Математическое моделирование позволило воспроизвести динамику роста тромба в сосуде и исследовать его поведение в различных условиях – например, при повреждении сосудистой стенки. Как говорят авторы работы, процесс роста тромба напоминает бегущую волну, причем сходство это далеко не случайно. Ранее они установили, что этот процесс носит автоволновой характер – кровь, несущая тромбоциты и ряд обеспечивающих свертывание крови белков, является активной средой. В активных средах одно локальное событие может запустить процесс перехода системы из одного состояния в другое. Этот процесс распространяется в пространстве подобно волне и конкретная физическая природа системы не столь важна, одинаковые уравнения могут описывать совершенно разные случаи. Примером активной среды служит лес, в котором от удара молнии распространяется пожар, или же смесь газов в лазере, где от электрического разряда возникает когерентное излучение. Автоволной же в нелинейной динамике называют волну, распространяющуюся не пассивно, как сейсмические волны от очага землетрясения, а получающую в каждой точке дополнительную энергию.
Один из авторов работы профессор факультета биологической и медицинской физики МФТИ Михаил Пантелеев рассказывает об исследовании: «Мы занимаемся разными вопросами в области гемостаза – и «физиологическим» процессом затыкания ран, и венозными, и артериальными тромбами. <…> Но именно с артериальными нам было всегда сложно работать с точки зрения разработки и компьютерной реализации моделей, так как там очень тяжелое сочетание механики (прикрепление клеток), гидродинамики с переменной геометрией, и биохимии. Никакими стандартными программами оно толком не решается.
В работе в PLoS ONE мы попытались использовать наиболее примитивное описание тромба, в виде сплошной среды, а не дискретных частиц. Это приближение во многих отношениях грубое и ограничивает возможности исследования, но зато позволяет выводить какие-то общие закономерности. С одной стороны, мы собираемся дальше применять его к конкретным задачкам, насколько хватит его пригодности, а с другой стороны ведем разработку более совершенных и современных моделей – где будут трехмерные клетки крови, полноценная механика их взаимодействия и правильная биохимия. Решаться они будут, разумеется, уже только на суперкомпьютерах. Другое направление – «внутрь» тромбоцита, моделирование внутриклеточной сигнализации, кальциевых осцилляций и коллапса митохондрий в тромбоцитах. Этому посвящен ряд уже вышедших работ – включая совсем новую публикацию в журнале Molecular BioSystems. Со временем, я надеюсь, все эти проекты сольются воедино в полноценную многомасштабную модель тромбообразования».
