Способность к регенерации после травм — естественный процесс организма, но даже при заживлении небольшой царапины клетки действуют согласованно — они распознают повреждение, обмениваются сигналами и восстанавливают ткань.
Иногда этот процесс нарушается. При диабете маленькая ссадина может превращаться в хроническую язву, которая не заживает месяцами из-за проблем с кровоснабжением и поврежденных нервов. После ожогов или операций кожа может формировать плотные рубцы, ограничивающие подвижность суставов и нарушающие функции органов. Наиболее опасные ситуации возникают при онкологических заболеваниях, когда привычная способность клеток к делению и миграции становится источником метастазов — новых очагов опухоли, угрожающих жизни. Любопытно, что и заживление ран, и рост опухоли управляются одним принципом — движением эпителиальных клеток.
Ученые Пермского Политеха создали уникальный алгоритм, который моделирует поведение каждой клетки с учетом ее физических и химических свойств. В цифровой среде клетки двигаются, делятся, взаимодействуют с соседями и реагируют на давление. Проверка на виртуальном «порезе» показала, что модель точно воспроизводит естественный процесс регенерации тканей.
Разработка объединяет два принципа. Первый — агентный подход: каждая клетка действует как самостоятельный объект со своими свойствами. Второй — учет хемомеханических взаимодействий: химические сигналы влияют на физическое состояние клеток, а механическое воздействие меняет внутриклеточные процессы. Например, химический сигнал заставляет клетку двигаться, а давление меняет ее поведение.
В виртуальной модели клетки двигаются, делятся, меняют форму и взаимодействуют с соседями. Они ощущают сжатие и растяжение, подстраиваясь друг под друга, словно стая птиц, синхронно меняющая направление полета.
На практике алгоритм позволяет предсказывать рост опухоли, появление метастаз и эффективность терапии еще до начала лечения. Цифровая копия ткани открывает новые возможности в восстановительной медицине, фармакологии и персонализированном подходе — лечение можно адаптировать под конкретного человека, снижая риски и ускоряя восстановление.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые научились сортировать клетки с помощью левитации.
