Человеческий организм представляет собой сложную систему из большого числа клеток, которые координируют свою жизнедеятельность в рамках единой системы. После получения различных глубоких, открытых травм человеку может недоставать участков такого жизненно важного органа, как кожа. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая предназначена для выращивания кожи. Специалисты из области тканевой инженерии смогут использовать разработанную технологию для подбора наиболее эффективного плана восстановления эпителия с учетом индивидуальных особенностей строения клеток человеческого тела.

Микрофотография здоровой ткани однослойного плоского эпителия
© Пресс-служба ПНИПУ

— Разработанная нами математическая модель решает задачи при разработке скаффолдов. Скаффолды – временные «каркасы» для восстановления тканей, которые потом рассасываются. Например, случился сложный перелом, который может неправильно зарасти или вообще не восстановиться. Обращаются к специалистам в области тканевой инженерии с такой проблемой. Эти специалисты подготавливают скаффолд с применением 3D-печати из биоразлагаемого материала. Затем систему заполняют клетками костной ткани и помещают в питательную среду, где клетки начинают интенсивно расти по «каркасам». Стоит отметить, что данную систему разрабатывают по подобию переломленного участка. Таким образом выращивают костную ткань и вживляют ее на место перелома, — дополняет заведующий лабораторией кафедры прикладной физики ПНИПУ Иван Красняков.

По словам ученых, модель включает в себя два важных процесса, которые имитируют свойства реальных клеток: митотическое деление и интеркаляцию клеток.

— Исследования проводились стандартными методами математического моделирования и проведения численных экспериментов. За основу взята дискретная модель деформируемой клетки. Для каждой вершины клетки записано уравнение движения, основанное на эластичной потенциальной энергии. По мере эволюции ткань стремится занять положение, отвечающее минимуму потенциальной энергии, — рассказывает доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой прикладной физики ПНИПУ Дмитрий Брацун.

По словам ученых, данная матмодель универсальна и может быть достаточно легко адаптирована под решение других задач. Так, политехниками уже был выполнен ряд исследований по развитию карциномы (рака эпителия). Технология может быть полезна для специалистов в области тканевой инженерии, а также для исследователей-теоретиков.

Статья опубликована в журнале Interfacial Phenomena and Heat Transfer
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)