Виртуальная артерия поможет в лечении настоящих сосудов

Учёные из Амстердамского университета (Нидерланды) и Университета ИТМО в Санкт-Петербурге разработали концепцию виртуальной артерии. Эта особо сложная многоуровневая компьютерная модель, описывающая участки сердечно-сосудистой системы. С помощью такой детальной имитации человеческой артерии получится глубже изучить заболевания сосудов. Кроме того, она станет частичной альтернативой испытаниям лекарств на животных, ведь их сосуды по своим параметрам далеко не всегда совпадают с человеческими. Соответствующая статья опубликована в Philosophical Transactions A.

Сердечно-сосудистая система человека чрезвычайно сложна для моделирования. На данный момент существуют лишь модели отдельных её участков. При этом многие из них всё ещё недостаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Чтобы создать виртуальную артерию, исследователи предложили объединить разноуровневые модели сердечно-сосудистой системы в полноценную виртуальную артерию и в новой работе показали, как те будут взаимодействовать друг с другом  в ряде важных ситуаций.

Одна из ключевых проблем в создании такой модели — нежелательный рост ткани внутрь сосуда после установки в нём стента (распирающего каркаса). Врачи проводят такую операцию, если на каком-то участке у человека значительно сузилась одна, а чаще несколько артерий. Сужение сосудов, или стеноз, грозит серьёзными осложнениями вплоть до инфаркта или инсульта, поэтому чёткая отработка именно этого момента крайне важна.

"Наша модель поможет понять, почему в некоторых случаях ткани слишком интенсивно прорастают сквозь стент и сосуд повторно сужается, то есть происходит рестеноз, — поясняет Павел Зун, ведущий автор статьи, аспирант Университета ИТМО. — Воспроизводя этот процесс, мы научились моделировать клеточный рост артериальной стенки, физические взаимодействия, возникающие из-за того, что стент растягивает сосуд, а также то, как лекарственные вещества со стента проникают в глубь тканей. Всё это, безусловно, пригодится при создании мультимасштабной модели виртуальной артерии".

Виртуальная артерия позволит изучать более широкий спектр сердечно-сосудистых заболеваний, совместив в себе несколько разноуровневых моделей. Одно из возможных применений виртуальной артерии — тестирование новых лекарств и хирургических методик. Сегодня для этого чаще всего используются подопытные животные. Однако сосуды одного вида часто резко отличаются от сосудов другого. Даже наиболее близкие к людям млекопитающие часто имеют другой уровень кровяного давления, иное содержание клеток крови и из-за всего этого другую "гибкость" сосудов, другое сужение в ответ на стенты и так далее. Использование вместо лабораторных животных совершенной модели именно человеческого кровотока в теории способно существенно улучшить параметры создаваемых лекарств.