👏 Модель для прогнозирования развития рака создали в России.

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали математическую модель, которая описывает процессы возникновения и развития злокачественных клеток с учетом взаимодействия иммунной, эндокринной и кровеносной систем. Ученые предложили новый подход, который позволяет прогнозировать развитие раковых опухолей.

По данным ВОЗ, примерно треть смертей от рака связаны с воздействием негативных факторов среды и образом жизни людей. Мы получаем дозы алюминия из окружающей среды. При суточной дозе 0,4 мг/кг веса иммунная система справляется с уничтожением раковых клеток без явных симптомов заболевания, а при дозе в 10 раз выше происходит неконтролируемое деление клеток, что приводит к росту опухоли и появлению метастазов. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, такими как алюминий, значительно повышает риск возникновения онкологических заболеваний. Алюминий, попадающий в организм через воздух, воду и пищу, накапливается в тканях и нарушает работу иммунной, эндокринной и кровеносной систем. Это может привести к образованию аномальных клеток и развитию раковых опухолей.

В Пермском Политехе разработали математическую модель, которая описывает процессы возникновения и развития раковых клеток с учетом взаимодействия иммунной, эндокринной и кровеносной систем. Модель состоит из 19 уравнений, которые учитывают динамику изменения концентрации аномальных клеток, процессы их уничтожения иммунной системой, формирование новых кровеносных сосудов под действием ферментов, выделяемых раковыми клетками. Эффективность разработки проверили на виртуальном образце почечной ткани, так как почки являются основным органом накопления и выведения алюминия из организма. Ученые смоделировали развитие опухоли при различных концентрациях алюминия. 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.

Оказалось, что при суточной дозе 0,4 мг/кг веса иммунная система справляется с уничтожением раковых клеток без явных симптомов заболевания. А при дозе 40 мг/кг веса происходит неконтролируемое деление клеток, что приводит к росту опухоли и появлению метастазов.

Модель показала качественное соответствие с реальными клиническими данными пациентов. Она позволяет анализировать различные сценарии развития опухоли в зависимости от внешних условий, таких как уровень загрязнения окружающей среды.

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.

Статья с результатами опубликована в журнале «Анализ риска здоровью».