Матмодель поможет повысить эффективность лечение тромбозов

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) и Университета Лазурного берега (Франция) создали математическую модель, с помощью которой можно улучшить доставку лекарств, восстанавливающих кровоток в тромбированных кровеносных сосудах. Статья о проведенной научной работе опубликована в Journal of Magnetism and Magnetic Materials. Разработку поддержал Российский научный фонд (проект № 20-12-00031).

Тромбоз кровеносных сосудов — серьезное и трудноизлечимое заболевание, которое часто приводит к летальному исходу. Основной метод лечения тромбоза заключается во введении в сосуды тромболитиков — препаратов для растворения тромбов и восстановления кровотока. Однако в сосуде с заблокированным кровотоком тромболитики распространяются слишком медленно, что существенно снижает эффективность лечения.

«Предпринимаются попытки ускорить распространение тромболитиков с помощью различных физических воздействий. Так, исследователи Техасского университета предложили внедрять в тромбированный сосуд каплю с магнитными наночастицами и затем воздействовать на нее переменным — осциллирующим или, например, вращающимся — магнитными полем. В результате наночастицы должны прийти во вращательное и поступательное движение, вовлекая в такое движение кровь в сосуде. Это должно привести к интенсификации смешивания капли тромболитика с кровью и ускорению “расползания” капли по сосуду. Как следствие, лекарство быстрее достигнет тромба. Эффект можно сравнить с перемешиванием ложечкой сахара в чашке с чаем. В данном случае магнитные частицы играют роль огромного числа “наноложечек”», — описывает Андрей Зубарев, профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ, руководитель разработки математической модели, соавтор статьи.

Однако, чтобы реализовать на практике идею техасских ученых, необходимо изучить и просчитать множество аспектов: размер и форму капли, расположение в ней магнитных частиц, конфигурацию, частоту и напряженность поля, а также многих других факторов, которые могут оказаться наиболее подходящими для достижения оптимального результата. Этим и занялись ученые УрФУ с коллегами из Франции.

В предыдущих работах физики моделировали случаи, когда внедренная в кровеносный сосуд капля магнитной жидкости, на которую воздействуют магнитным полем, представляла собой подобие облака с конечными размерами вдоль и поперек сосуда. В этот раз коллеги смоделировали ситуацию, когда при помощи постоянного внешнего поля капля магнитной жидкости «растягивается» в слой вдоль сосуда. Характеристики сосуда в математической модели соответствовали параметрам кровеносных сосудов, тромбоз которых опасен для здоровья и жизни пациента.

«Предполагается, что толщина слоя магнитной жидкости меньше толщины сосуда, и есть более или менее выраженная граница между ним и частью крови, относительно свободной от наночастиц. Наша работа показывает, что в этом случае при помощи вращающегося магнитного поля можно возбудить более интенсивные потоки, чем в случае “облачка”. Увеличение частоты поля приводит к возрастанию скорости генерируемых потоков на один-два порядка. Таким образом, процесс доставки лекарства к тромбу может быть намного более быстрым, чем без воздействия магнитного поля», — сообщает Андрей Зубарев.

По его словам, осуществленные разработки могут помочь понять физическую природу генерации описанных потоков и, таким образом, найти применение и в других областях, где есть необходимость перемешивать примеси в тонких сосудах — например, в некоторых областях химических и биохимических технологий.

Вопросы, ответы, комментарии