Разработана модель для изучения магнитных наногелей в организме без опытов на животных
Коллектив исследователей, в составе которого сотрудники УрФУ, выяснил, как наногель перемещается в гидродинамическом потоке кровеносных сосудов. Иными словами, как умный носитель для лекарства перемещается по организму. Для этого математики разработали вычислительную модель двух видов наногелей (с кобальтом и ферритом кобальта), которая воспроизводит особенности реальных образцов. Модель позволяет анализировать препарат с помощью суперкомпьютеров без проведения исследований на животных.
Исследование опубликовано в Journal of Molecular Liquids. Магнитные гели — мягкие полимеры со встроенными магнитными наночастицами — это перспективные магнитоуправляемые лекарственные носители. Микро- и наногели используют для доставки и постепенного высвобождения лекарств, в частности, токсичных противораковых препаратов. Магнитные частицы жестко связываются с полимерной матрицей геля, затем в магнитный наногель помещается лекарственный препарат. Суспензия вводится в кровеносную систему человека, и препарат локализуется вблизи воспаления.
«Размер исследуемых наногелей — менее одного микрона, это примерно в 100 раз меньше размера эритроцитов. Наше исследование было мотивировано вопросом: как магнитный наногель ведет себя в гидродинамическом течении крови? Что, например, если течение разорвет гель или закрутит его так сильно, что все лекарство будет выброшено где-то по пути к очагу воспаления.
С помощью компьютерного моделирования мы выяснили, что наногель, даже в артериях с турбулентным течением, будет перемещаться медленно и спокойно. Это значит, что препарат устойчив и сможет доставить лекарство к заданной точке», — объясняет соавтор исследования, аспирант физического факультета Венского университета Иван Новиков.
Ученые отмечают, что экспериментальная характеристика процесса доставки лекарства – сложная задача. Проведение опытов на животных дает возможность увидеть лишь конечный результат — эффективность или неэффективность лечения, однако размер наногелей и скорость потока не позволяют определить влияние потока на форму и внутреннюю структуру геля. Для изучения происходящих внутри организма процессов ученые впервые применили компьютерное моделирование методом молекулярной динамики.
«Мы разработали оригинальную вычислительную модель магнитных наногелей, достаточно точно воссоздающую характеристики и свойства реальных образцов. Мы также создали реалистичные условия кровеносного течения. Это позволяет симулировать процесс введения препарата в кровь и изучить механическую реакцию геля на него.
С помощью этого метода можно изучать различные типы наногелей, сравнивать их поведение, понять влияние намагниченности наночастиц на перемещение в организме, а значит — разработать рекомендации по использованию различных магнитных гелей в биомедицинских приложениях, микрореологии или тканевой инженерии», — отмечает доцент кафедры теоретической и математической физики, старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах УрФУ Екатерина Новак.
На данном этапе ученые сфокусировали внимание исключительно на поведении наногеля в отсутствии внешнего магнитного воздействия. В дальнейшем они планируют научиться управлять гелями различных составов, плывущими в потоке при воздействии внешнего магнитного поля: переменного, вращающегося или пульсирующего. Добавим, что над исследованием работали ученые Уральского федерального университета и Венского университета (Австрия). Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Физтехи предложили аналитический способ описания передачи энергии от ультракороткого лазерного импульса к квантовому осциллятору, находящемуся в тепловом равновесии. Эта модель показывает, как сверхкороткие вспышки света возбуждают микроскопические системы — молекулы, кристаллы, плазмоны, фотоны и электронные центры в веществе. Это важно для разработки методов сверхбыстрого управления веществом, генерации терагерцового излучения и подбора оптимальных параметров лазерных импульсов для возбуждения заданных состояний материала.
Звезды типа Солнца в конце жизни превращаются в пульсирующего красного гиганта, а потом – в белого карлика. Ранее считали, что на этом этапе их планеты становятся слишком холодными, ведь белый карлик светит слабо. Новые наблюдения показали, что все намного сложнее и планета может даже прибавить свою температуру. Примерно в 80 световых годах от Земли лежит белый карлик WD 1856. Хотя он всего вдвое легче Солнца, по размерам близок к нашей планете (примерно на треть больше). За счет этого у него огромная плотность, поэтому, несмотря на отсутствие в нем термоядерных реакций (топливо уже кончилось), поверхность этой «мертвой» звезды разогрета почти до пяти тысяч градусов.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно