Потужний наступ на рак, який веде світова наука, приносить свої плоди: з кожним роком складна природа хвороби стає все яснішою, а число зцілених зростає. До вирішення проблеми підключаються вчені різних спеціальностей, в тому числі і дуже далекі від медицини. Свій внесок у розуміння природи раку вносять і фізики з знаменитого ФІАНу - Фізичного інституту ім. Лебедєва Російської академії наук.
- Як вкласти хворобу у формулу? Перше, що вражає у новинах про створення математичної моделі раку - як можна втиснути таку багатолику, складну і багато в чому непередбачену хвороба у формули, нехай навіть дуже складні?
- Це запитання цілком відображає позицію лікаря, - схвально киває один з розробників, доктор фізико-математичних наук Андрій Полежаєв. - Насправді у вивченні раку може бути два підходи: або описати його максимально детально, що робить біологія, або подати теоретично, у вигляді моделі, що може зробити математика. Але для цього треба виокремлювати якісь головні його властивості, принципи виникнення і розвитку.
Безсумнівно, кожна пухлина має специфічні риси, різні і форми переродження нормальних клітин у злоякісні. Але є і загальне, вважають вчені. Нормальна клітина слухається оточення, виконує якусь програму. Перероджуючись, вона виходить з підпорядкування організму. Ракова клітина не чує сигналів організму і неухильно ділиться, поки є поживні речовини, і тільки якщо "їжі" немає, вона помирає. У всьому іншому від нормальної вона відрізняється мало чим. І якщо імунна система її вчасно не зловила і не знищила, виникає пухлина.
- Головні характеристики ракової клітини, в якій би пухлині вона не знаходилася, - це швидкість поділу і здатність рухатися, - продовжує другий автор моделі кандидат фізико-математичних наук Андрій Колобов. - І ці ознаки можна точно виміряти.
Ядерний вибух в комп'ютері
Математичне моделювання все ширше приходить на зміну імітаційному, яке використовувалося раніше. Для другого треба було знати сотні параметрів явища. Для першого достатньо кількох характеристик і всієї потужності сучасної математики. Збувається пророкування І. Канта: "У всякому вченні про природу справжньої науки є стільки, скільки міститься в ньому математики". Простіше кажучи, наука - це те, що можна описати формулами.
Сьогодні, з появою потужних комп'ютерів, математика допомагає створювати метеорологічні прогнози, конструювати нові пристрої, навіть проводити ядерні вибухи без полігону і забруднення природи.
Можна створити і рівняння, яке буде виражати процеси, що відбуваються в біологічних об'єктах, але це справа поки що для біології (та медицини, як її частини) нова. Тому не всіма приймається. Поки ідеї математиків для лікарів-онкологів є не дуже цікавими. Вони мають справу з конкретним пацієнтом, його бідою і болем. А тут якісь абстрактні формули, рівняння, символи ...
Але чому ж тоді у всьому світі - бум робіт з математичного моделювання раку?
Що всередині пухлини?
У повсякденному поданні інформації, ракова пухлина - це щось зловісно монолітне і агресивне. Але пухлина може містити клони різних клітин, які відрізняються швидкістю поділу і рухливістю.
Ці популяції конкурують між собою, але з часом один чомусь починає домінувати. Чому? - Задалися загадкою вчені ФІАНа.
- Перша ідея була така - секрет в тому, що популяція-переможець швидше ділиться, - продовжує Андрій Полежаєв. - Але ситуація буває і зворотною. Ми показали, що якщо клітини повільно діляться, володіють рухливістю, знаходяться на периферії пухлини, то вони можуть мігрувати туди, де більше поживних речовин, і за рахунок цього отримують переваги перед тими, які швидко діляться. Вони їх наче відтинають від джерел живлення. І хоча діляться повільно, але можуть дати і метастази. Це показала саме наша модель.
Математична модель дозволяє аналізувати поведінку різних пухлин. У «солідних» завжди є чітка структура: на периферії клітини живі, вони активно діляться. За ними - шар "сплячих клітин", яким не вистачає глюкози і кисню. Якщо їм дати того й іншого, вони теж будуть ділитися. У центрі пухлини - мертві клітини, там йде некроз, оскільки їм не дістається ніякого харчування.
- Під час операції лікарі намагаються прибрати якомога більше тканини навколо пухлини, оскільки найнебезпечніші клітини розташовані на її периферії, - пояснює Андрій Колобов. - Але в високо інвазивних (таких що поширюються в сусідні тканини) пухлин клітини настільки рухливі, що можуть уражати інші органи, далеко просуватися вглиб нормальних тканин, при цьому не руйнуючи їх.
- А наскільки далеко вони пішли - на це запитання теж може відповісти наша модель, - додає Андрій Полежаєв. - Для цього потрібно знати властивості тканин, в яких виникає пухлина, характеристики самих клітин, їх рухливість. І, звичайно, потрібний хороший зв'язок з лікарями, які ці параметри можуть виміряти. Тоді ми могли б підказати їм, куди саме вона буде переміщатись і як зростати, хоча неозброєним оком під час операції вони цього не побачать.
Дерево росте за законами
Живе дерево під вікном, здається, зростає як доведеться. Насправді формування його крони, довжина гілок, число нирок - все можна виразити математичними закономірностями. "Провірити алгеброю гармонію" вдавалося не тільки Сальєрі - сьогодні писати музику і грати в шахи вміє комп'ютер, причому набагато краще середнього шахіста або композитора.
У нашому організмі теж багато процесів протікають настільки закономірно, що їх в стані описати математика. Хоча ця задачка складніша бінома Ньютона.
Сьогодні надії онкології багато в чому пов'язані з феноменом ангіогенезу. Зростаюча ракова пухлина руйнує кровоносні судини, які її живлять. Але ж вона вміє стимулювати процес утворення нових судин - це і є ангіогенез. Якщо цей процес перервати, пухлина просто задихнеться від нестачі харчування.
Розрахувати вплив ангіогенезу на швидкість росту пухлини теж зуміє математика. Наші вчені зараз намагаються це зробити. У цьому випадку математична модель допоможе оцінити ефективність терапії, спрямованої на припинення зростання нових судин.
В цілому ж модель може розвиватися, ускладнюватися за рахунок введення нових параметрів, нових експериментальних даних. Поки зусилля вчених теоретичного відділу ФІАНа практичною медициною не затребувані. Але не забудемо: і магнітно-ядерний резонанс, і волоконна оптика, і можливості ультразвуку колись були відкриті фізиками, а вже потім прийшли у медицину. І без них тепер її і уявити складно.
- Наше завдання досить скромне, - підсумовує Андрій Полежаєв. - У перспективі мати модель пухлини, яка дозволяла б давати прогноз її розвитку у конкретного хворого і формулювати рекомендації, як ефективніше впливати на неї. Але для цього, звичайно, потрібен тісний контакт з лікарями-онкологами.
Нічого не скажеш, скромність прикрашає вченого. Як, власне, і зухвалість.
Фізики дісталися до душі
Депресія стає однією з найпоширеніших психічних хвороб у світі - нею страждають мільйони людей. До цих пір психіатри лікували це важкий стан, покладаючись лише на спостереження за поведінкою пацієнтів. Об'єктивних методів оцінки успіху чи неуспіху лікування не було.
Створити його лікарям з Московського НДІ психіатрії допомогли ті ж фізики з ФІАНа й колеги з НДІ фізико-хімічної медицини Міністерства охорони здоров'я Росії. Вони вивчили особливості альбуміну - білка, що входить до складу сироватки нашої крові. Цей важливий білок зв'язується з продуктами обміну речовин і виносить їх з організму. При деяких хворобах, у тому числі і при депресії, молекула білка змінює свою форму. А після ефективного лікування вона знову приймає форму нормальну.
Це вдалося встановити за допомогою спеціального "зонда", який світився, придуманого фізиками. Зонд - це особлива молекула, яка вміє приєднуватися до молекули альбуміну і своїм світлом повідомляти про її характеристики. Так що тепер у розпорядженні медиків з'явився простий і достовірний метод оцінки результатів лікування. Практика довела: фізики і лікарі цілком можуть знайти спільну мову - мову великої науки.
Тетяна Батенева, 26 січня 2010
Джерело: http://inedelya.ru/health/article9737 |
Корисна справа! як кажуть - одна голова добре, а дві краще)
