Деловая пресса

Главная

О проекте

Партнеры

Рассылка

Свидетельства СМИ

Реклама

Контакты

Публикации

Разместить информацию
Портал электронных
средств массовой информации
для предпринимателей


Поиск
Расширенный поиск


ЭЛЕКТРОННЫЕ ИЗДАНИЯ


Бизнес за рубежом



Новости электронной коммерции



Российские политические портреты



Новости малого бизнеса



Вести Отечества



Новости Cистемы ММЦ



Внешнеэкономическое обозрение



Россия выбирает



Торговая неделя



Москва: мэр и бизнес



Новые технологии



Налоги и бизнес



Бизнес и криминал



Деловая Москва



Лизинг Ревю



Маркетинг и практика предпринимательства





Новые технологии

  номер 49 (122) от 12.12.2001 Архив


<< предыдущая статья     оглавление     следующая статья >>


СЕРДЦЕ МАТЕРИИ

Компьютерная биология: совершенные инструменты и большие объемы данных сегодня позволяют создавать виртуальные человеческие органы. Поможет ли это фармацевтам?

Академик Питер Хантер демонстрирует свое сердце. Оно сокращается и пульсирует на глазах у всех. Дайте ему импульс - и оно забьется, нарушьте его равновесие - и оно собьется с ритма.

Д-р Хантер, работающий в университете Окленда (Новая Зеландия), - один тех из немногих людей, кто может запускать и останавливать свое сердце, когда ему заблагорассудится.

Но Хантер носит это сердце не в рукаве, а в ноутбуке. Это завораживающе правдоподобная демонстрация работы желудочков - насосного “зала” человеческого сердца - от тонкой сетки кровеносных сосудов, окружающих орган, до специфических протеинов отдельных клеток внутри него. Виртуальное сердце - результат работы проекта Cardiome, консорциума биоинженеров, физиологов и специалистов в области компьютерной технологии, которые воплотили сложную анатомию, механику и электрофизиологию сердца в интерактивной модели.

В противоположность видео и анимации, компьютерный орган - не просто картинка сердца. По существу это и есть сердце, сложная структура и функции которого переведены на язык тысяч математических уравнений и в колоссальный объем данных. Эти данные внесены в компьютер и работают в качестве имитатора. Это впечатляющий образчик компьютерной биологии - развивающейся дисциплины, которая дает возможность использовать вычислительную мощь компьютера при решении широкого спектра биологических проблем: от анализа генома до воссоздания нейронных сетей.

Компьютерное моделирование уже применяется на практике, например при разработке самолетов или изучении движения планет, но в физиологии оно делает лишь первые шаги. Биологи столетиями используют простые описательные модели: сердце - насос, легкие - мехи. Более совершенные модели, описывающие, например, движение молекул сквозь клеточную мембрану с помощью математических уравнений, базирующихся на фундаментальных законах физики, появились всего десятилетия назад.

На основе простых моделей строятся в основном предположения и гипотезы. За последние 25 лет биологи открыли удивительно сложные молекулярные и биохимические взаимодействия внутри клеток, тканей и органов. Но все эти открытия - мелочь по сравнению с материалом, который будет получен в результате расшифровки генома человека. Чтобы разобраться в этой информации и понять, как различные элементы взаимодействуют между собой, вызывая такие сложные биологические процессы, как сердцебиение, требуется более сложный анализ, чем тот, что можно провести на бумажной салфетке. Это открывает путь для развития “компьютерной физиологии”.

Жизнь модели

Создание компьютерных моделей даже отдельных клеток (не говоря уже о целых органах) - чрезвычайно непростое занятие. В других сложных процессах, например при моделировании климата, возникают сходные проблемы со сбором миллионов цифр и превращением их в математические модели, но в физиологии все это приобретает более значительные масштабы. Биологические объекты чрезвычайно многообразны - от отдельных протеинов размером в одну миллионную долю миллиметра до крупных костей. Биологические процессы могут занимать доли секунды - как, например, ферментативные реакции, или длиться часами - как инфаркт. Все это многообразие событий, включенных в единую модель, заставляет компьютер работать на пределе возможностей.

Виртуальное сердце д-ра Хантера является частью более крупной программы - Physiome Project, запущенной четыре года назад Джеймсом Бассингтвайте из университета Вашингтона (Сиэтл). Она состоит из двух частей. Первая - это систематизация физиологической информации, перенос ранее опубликованных результатов исследований в компьютерную базу данных. Вторая имеет своей целью организацию этой информации в виде совокупности численных моделей, которые будут последовательно и полностью описывать деятельность одного органа за другим - от генов до всех разновидностей ткани.

Не думайте, что это фантастика: Physiome Project не ставит целью создать на базе компьютера виртуального человека. Полная модель всего тела - это не модель как таковая, а скорее клон реального объекта. Это вынудит исследователей вернуться к тому, от чего они стартовали, - к созданию моделей отдельных органов, чтобы понять, как они работают. Physiome Prorect также не ставит целью добиться прекращения разнообразных экспериментов. Главная идея проекта состоит в создании для исследователей инструмента, который поможет им конкретизировать свои идеи, прежде чем они направятся в свою лабораторию, и облегчит интерпретацию полученных результатов.

Соединяй и властвуй

Виртуальное сердце - это сочетание формы и функций, отображенное на экране компьютера. Строение сердца было воссоздано в результате анализа тысяч тончайших срезов сердца собаки. Все измерения были оцифрованы и занесены в компьютер. С помощью микроскопа в каждом срезе определялось трехмерное расположение клеток и мышц, и эта информация добавлялась к геометрическим данным. Модель также содержит математические уравнения, которые определяют физические свойства сердечных тканей, - например, как та или иная ткань реагирует на стресс.

Вся информация заложена в компьютерную программу CMISS, разработанную исследователями из университета Окленда для создания структурной оболочки сердца. К этой оболочке команда д-ра Хантера может добавлять “функциональные элементы”, которые в математической форме выражают многие процессы, происходящие внутри сердца. Например, ионные каналы открываются и закрываются, когда через них проходит разряд электрического тока. В итоге получилась визуальная имитация, выглядящая и действующая как настоящее сердце.

Исследователями была проделана колоссальная работа, но многое из математического аппарата, приемов моделирования и аналитического инструментария, использовавшееся для создания виртуального сердца, применимо и для других органов. Оклендская группа в сотрудничестве с Денисом Ноблем из Оксфордского университета и учеными из университета Бордо начала моделирование легкого. Они уже создали анатомическую модель его ветвистых воздуховодов, которая включает в себя имитацию процесса превращения кислорода в углекислый газ.

Моделирование работы легких - еще более сложная задача, чем моделирование сердца, поскольку на их функционирование влияют еще и соприкасающиеся с ними мышцы и ребра. Команда д-ра Хантера просканировала лазером все кости тела и создала их компьютерные анатомические модели. Одновременно методом ЯМР-томографии, применяемой в больницах, ведется моделирование мышц.

Другим органом, моделирование которого ведется в рамках Physiome Project, является микроваскулатура - обширная сеть мельчайших кровеносных сосудов, пронизывающих практически все “уголки” человеческого тела. Александр Поппель и его коллеги из университета Джона Хопкинса (Балтимор) создают модель микроваскулатуры, чтобы достичь лучшего понимания того, как молекулы и клетки взаимодействуют в этих узких каналах, где чрезвычайно сложно провести физический эксперимент. Несмотря на то что компьютерная биология делает лишь первые шаги, уже совершаются попытки смоделировать работу поджелудочной железы, диафрагмы и почки.

В то время как одни ученые пытаются смоделировать работу целых органов, другие сосредоточили свои усилия на отдельных клетках и стараются сымитировать бесчисленные процессы, происходящие в них, с помощью компьютера. ("Русский фокус", 10-16.12.2001)




<< предыдущая статья     оглавление     следующая статья >>


 
БЕСПЛАТНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ
ИНФОРМАЦИИ

  • ДОБАВИТЬ коммерческое предложение

  • ОПУБЛИКОВАТЬ информацию об организации

  • ОСТАВИТЬ заявку на кредит / инвестирование

  • РАЗМЕСТИТЬ объявление о покупке / продаже бизнеса

  • РАЗМЕСТИТЬ информацию о вакансии

  • Бесплатные сервисы онлайн



    КУРСЫ ВАЛЮТ ЦБ РФ
    на 28.11.2020
    USD75,8599+0,4081
    EUR90,4629+0,4338
    E/U1,1925-0,0007
    БВК82,4312+0,4197
    Все валюты

    ПОГОДА 
    Россия, Московская обл., Москва
    днем
    ночью

    (прогноз)
    Погода в России и за рубежом

    ВАШЕ МНЕНИЕ



      Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
    2003 - 2020 © НДП "Альянс Медиа"
    Правила републикации
    материалов сайтов
    НП "НДП "Альянс Медиа"

    Политика конфиденциальности