Ученые из Петербурга предложили использовать математику в клеточной терапии

Использование фрактальной геометрии для описания цитоскелета стволовых клеток с целью выяснить эффективность воздействия биологически активных веществ при клеточной терапии предложили ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (Политех) и Института цитологии РАН, сообщает пресс-служба Политеха 23 декабря на официальном интернет-портале.

Исследователи усовершенствовали математический метод, который позволяет описывать геометрические параметры сложных природных объектов. Ранее этот метод применяли, например, при описании трещин металла или узора сосудистой сетки.

В данном случае после усовершенствования его применили для оценки того, как изменяется цитоскелет стволовых клеток во время воздействия биологически активных веществ. Такой подход поможет в разработке лекарственных препаратов, востребованных в регенеративной медицине. Результаты исследования опубликованы в журнале PloSOne.

Клеточная терапия позволяет лечить тяжелые травмы и болезни, среди которых рак, рассеянный склероз, диабет и многие другие. При такой терапии проводят трансплантацию стволовых клеток в организм человека, где они могут способствовать регенерации утраченных или дефектных тканей.

Лишь небольшая часть стволовых клеток может достигнуть цели, поскольку они недостаточно подвижны и при пересадке не способны достигнуть поврежденного участка ткани. Медики пытаются повысить подвижность клеток при помощи особых препаратов, способствующих перестройке цитоскелета, «ускоряя» таким образом заживление. При разработке таких препаратов необходимо отслеживать, как изменяются свойства клеточного скелета, и уметь правильно описать изменения.

«Мы поняли, что для более точной оценки реорганизации клеточного цитоскелета по микроскопическим снимкам нам необходим количественный метод. Одним из таких подходов, который и ранее единично использовался клеточными биологами, является метод измерения фрактальной размерности Минковского», — сообщила младший научный сотрудник группы ионных механизмов клеточной сигнализации ИНЦ РАН Алла Ревитцер.

Отмечается, что этот метод успешно показывает себя в ситуациях, когда нужно оценить, какое пространство занимает тот или иной объект на изображении, в данном случае — изображении актинового цитоскелета. Ученые модифицировали метод, а затем успешно применили для оценки структур F-актина — одного из основных белков, составляющих цитоскелет. Авторы разработали программу, которая рассчитывает фрактальную размерность Минковского для изображения актинового цитоскелета, автоматически подбирая необходимые параметры по изображению.

Преподаватель Высшей школы программной инженерии СПбПУ Иван Селин, отвечавший за обработку изображений и программирование, подчеркнул, что с помощью фрактальной размерности Минковского можно измерять «сложность» любых изображений. По его словам, в данном проекте требуются знания разных дисциплин, и за такими исследованиями будущее.

Отмечается, что разработанный подход станет мощным инструментом для описания клеточных структур, лежащих в основе механизмов регенерации тканей. Он также поможет в разработке «ускоряющих» движение клетки препаратов, востребованных в регенеративной медицине.