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 Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Переход к оседлой жизни и выращиванию кукурузы на юге Анд оказался историей затяжного кризиса. Международная группа ученых выяснила, как местные сообщества и группы мигрантов сообща пытались пережить последствия этой трансформации.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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