Новости

6 апреля, 2022 13:27

Трехмерная модель поможет спрогнозировать рецидивы ишемии сердца после установки стента

Российские ученые совместно с зарубежными коллегами смоделировали процесс сужения артерий сердца после установки стента — цилиндрического каркаса, задача которого — поддерживать нужный диаметр сосудов. Такое послеоперационное осложнение опасно тем, что может стать причиной ишемии или инфаркта миокарда. Авторы выяснили, что основную роль в его развитии играют скорость кровотока и время регенерации выстилки сосуда. Полученные данные помогут разработать стенты оптимальной формы, а также предложить методы профилактики, которые снизят частоту подобных осложнений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Journal of the Royal Society Interface.
Источник: Harvard University

Ишемическая болезнь сердца — недуг, при котором миокард, или сердечная мышца, нуждается в большем количестве кислорода, чем поступает с кровью. Болезнь возникает из-за того, что на стенках коронарных артерий, оплетающих сердце, формируются бляшки, которые сужают их просвет и уменьшают кровоток. Для терапии чаще всего в место сужения устанавливают стент — своего рода каркас, который помогает восстановить прежний диаметр сосуда. Однако такое искусственное расширение может повредить стенку артерии, вызвать воспаление и разрастание ткани, а это повторно сузит просвет. Это осложнение называют рестенозом стента.

Кроме клинических исследований и экспериментов на модельных животных, для изучения механизмов рестеноза может использоваться компьютерное моделирование. Одной из распространенных является мультимасштабная модель рестеноза, а также ее двумерная версия. Модель состоит из трех подмоделей, которые имитируют стентирование и последующее сужение артерии. Она позволяет исследовать и анализировать процесс и выявлять его причины, но, в то же время, происходящее в сердце оказывается гораздо сложнее, а потому точность может быть недостаточной.

Ученые из Национального центра когнитивных исследований Университета ИТМО (Санкт-Петербург) и Амстердамского университета (Нидерланды) создали трехмерную вычислительную модель, которая воспроизводит сужение артерии после установки стента. В отличие от двумерной версии трехмерная моделирует патологию точнее. Она включила в себя три подмодели. Первая имитировала расширение артерии баллоном, которое осуществляют перед введением стента, а также саму установку конструкции; вторая воспроизводила биологическое и физическое состояние каждой клетки сосуда в месте установки стента; третья рассчитала то, как течет кровь. Авторы исследовали четыре параметра, которые потенциально могли вызывать сужение артерий: время регенерации внутренней поверхности сосуда, максимальное механическое напряжение, которое способны выдерживать клетки стенок, скорость кровотока и количество пор в эндотелии, выстилающем артерии изнутри.

На ранних этапах причиной развития патологии оказалось большое количество пор на внутренней поверхности артериальной стенки, то есть чем проще клеткам было попасть из внутренних слоев стенки сосуда в его просвет, тем сильнее сужение. На поздних и клинически значимых стадиях определяющими факторами стали время восстановления функции клеток поверхности сосуда и скорость кровотока, которая оказывала механическое воздействие на неизбежно повреждаемый при операции сосуд. Быстрое течение крови приводит к тому, что клетки выстилки сосуда начинают выделять вещества, которые подавляют клеточный рост, а вот при медленном кровотоке этого не происходило, клеточная масса продолжала расти, и артерия сужалась.

«Наш проект посвящен оценке неопределенности модели. Это необходимо для доверия к модели и в перспективе для возможности ее применения при разработке новых стентов. В дальнейшем мы хотим провести всесторонние исследования, чтобы ее можно было сертифицировать и применять в клинической практике. Конечная цель проекта — довести модель до такого состояния, когда ее можно будет задействовать непосредственно в расчетах рисков развития рестеноза для конкретного стента. Следующий шаг на пути к этому — валидация модели на клинических данных, над чем мы сейчас и работаем», — рассказал один из авторов Павел Зун, научный сотрудник Национального центра когнитивных разработок Университета ИТМО.
18 мая, 2022
Новые графитоподобные катализаторы помогут с рекордной эффективностью получать топливо для солнечной водородной энергетики
Новосибирские ученые предложили метод синтеза высокоактивного фотокатализатора для получения водород...
16 мая, 2022
Ученые синтезировали стабильные светящиеся нанометки, перспективные для диагностики рака
Санкт-Петербургские физики вместе с коллегами из Городского университета Гонконга предложили способ ...