Разработка пермских ученых позволит изучить влияние окружающей среды на риск возникновения рака
По данным ВОЗ, примерно треть смертей от рака связаны с воздействием негативных факторов среды и образом жизни людей. Загрязнение окружающей среды токсичными веществами, тяжелыми металлами и прочими химическими соединениями значительно повышает риск возникновения раковых опухолей. Ученые Пермского Политеха предложили методологический подход для качественного прогноза влияния химических факторов среды на процессы развития новообразований. Разработанная математическая модель детально описывает возникновения и изменения раковых клеток с учетом сложного взаимодействия иммунной, эндокринной и кровеносной систем человека.
Статья с результатами опубликована в журнале «Анализ риска здоровью». Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России по фундаментальным научным исследованиям.
Неблагоприятные факторы среды обитания и образа жизни существенно влияют на появление раковых опухолей как напрямую, так и через снижение функциональности защитных механизмов организма. В качестве примера можно рассмотреть алюминий, который попадает в окружающую среду в ходе технологических процессов и утилизации отходов. Его накопление в организме человека приводит к нарушениям функций костной и нервной тканей, репродуктивной, кровеносной и иммунной систем.
Изучение взаимосвязи всех этих механизмов помогает выявить факторы, которые вызывают изменения в клетках и становятся причиной появления новообразований. Иммунитет в этом играет решающую роль. На протяжении жизни человека в его организме возникают аномальные клетки, которые могут формировать онкологические опухоли. Однако в большинстве случаев их рост подавляется благодаря эффективному функционированию иммунной системы.
С помощью лабораторных исследований трудно отследить взаимосвязь факторов, влияющих на процесс онкогенеза, тогда как математическое моделирование позволяет установить основные закономерности возникновения аномальных клеток.
Ученые Пермского Политеха разработали подход на основе моделирования процессов развития раковых опухолей, учитывающий работу кровеносной, эндокринной и иммунной систем при воздействии химических факторов. Данный подход позволяет осуществлять математическое прогнозирование того, как внешнее воздействие (например, алюминия) сказывается на организме человека и как это влияет на механизмы образования онкологических заболеваний.
Математическая модель представлена в виде системы, состоящей из 19 уравнений, которые описывают динамикуизменения концентрации аномальных клеток, включая процессы их образования, уничтожения и нейтрализации антителами. Также модель учитывает поступление питательных веществ, влияющих на рост опухоли, и механизм формирования новых кровеносных сосудов под действием выделяемых раковыми клетками ферментов.
Эффективность модели разработчики проверили в ходе численного эксперимента на тестовом образце почечной ткани, так как почки – это один из органов накопления алюминия, и основной – для выведения его из организма. Металл повреждает не только структуры клеток, но и сами клетки, вызывая некроз эпителия почечных канальцев. Снижение функциональности почек ведет к повышению концентраций алюминия в организме и усилению его негативного влияния на иммунную систему.
– На основе виртуального образца почечной ткани с помощью нашей модели смоделирована ситуация, демонстрирующая развитие опухоли после воздействия разной концентрацией алюминия. Для этого были заданы случайные параметры, которые характеризуют процессы образования аномальных клеток: скорость их деления, время жизни, максимальную плотность образуемой ткани и потребление питательных веществ. Модель позволила отследить динамику роста и развития раковой опухоли в зависимости от различных уровней воздействия алюминия, – объясняет Владимир Чигвинцев, научный сотрудник кафедры математического моделирования систем и процессов ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Развитие онкологических заболеваний в организме во многом определяется случайным процессом возникновения и мутации раковых клеток. Исследование ученых показало, что заболевание может протекать по различным сценариям в зависимости от длительности и интенсивности воздействия алюминия, а также от реакции защитных систем организма. Так, моделирование на примере почечной ткани показало, что суточная доза металла 0,4 (мг/кг веса человека) приводит к минимальному повреждению иммунной системы, которая в итоге справится с уничтожением раковых клеток без явных симптомов заболевания. Однако при значительном поражении иммунитета, вызванного дозой 40 (мг/кг веса человека), происходит неограниченное деление раковых клеток, приводящее к росту опухоли до критических размеров и появлению метастазов.
Ученые отмечают, что результаты расчетов показывают качественное соответствие динамики роста опухоли, предсказанной моделью, с реальными клиническими данными пациентов. Использование разработанной модели позволяет анализировать множество сценариев и определить, какие внешние условия и как именно влияют на развитие опухоли. В дальнейшем полученные результаты могут использоваться для разработки новых стратегий по предотвращению и лечению рака.
– Наша модель представляет собой упрощенное описание сложных взаимодействий многочисленных регуляторных систем (иммунной, эндокринной и кровеносной), происходящих при формировании опухоли и процессах ее развития. Она позволяет оценить возможный исход возникновения онкологии при различных внешних техногенных условиях, влияющих на организм человека, – отмечает Владимир Чигвинцев.
Предложенный подход ученых ПНИПУ прогнозирует влияние химических факторов на характер онкологического заболевания, также способствует разработке эффективных мер по их предотвращению и улучшению качества жизни населения, проживающего на территориях с неблагоприятным состоянием среды обитания.
Telegram 
Дзен 
VK Китайские и британские палеонтологи обнаружили древнейший эволюционный прообраз челюстей современных пауков и скорпионов. Просканировав окаменелость животного Urokodia aequalis возрастом 518 миллионов лет, ученые выявили самую раннюю известную науке переходную форму хелицер. Трехмерная модель впервые наглядно показала, как именно возникло главное оружие паукообразных: несколько суставов длинных хватательных конечностей, характерных для кембрийских хищников, срослись воедино и образовали новый ротовой аппарат.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Интриги и тайные свидания — прерогатива не только людей. В мире дикой природы тоже случаются драмы, и одна из них развернулась в лесах Северной Америки. Маленькие серые птицы, известные в науке как гаички Гамбела, долгое время считались образцом супружеской верности, но на деле оказались хитрыми стратегами. Они заводят потомство не только от постоянного партнера, но и от самца-соседа с определенным набором качеств. Авторы нового исследования попытались выяснить, что толкает самок на измену и как это влияет на выживание всего вида.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
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.
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