Исследование структурной организации биологических объектов методами механики в приложении к глазу и клеточным системамНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 24 февраля 2014 г.-15 декабря 2014 г. Исследование структурной организации биологических объектов методами механики в приложении к глазу и клеточным системам
Результаты этапа: Продолжена разработка методов, позволяющих на основе анализа косвенных данных получать сведения о структуре биологического объекта в форме ограниченного набора практически измеримых характеристик, адекватно отражающих его механическое поведение и состояние, в том числе при патологиях. На основе разработанной нами максимально простой механической модели реакции глазного яблока на статическое нагружение роговицы исследовано влияние параметров роговицы на интерпретацию результатов, получающихся при статической тонометрии. Показано, что для всех основных типов статических тонометров давление в нагруженном глазу (тонометрическое) может быть оценено по непосредственно измеряемой геометрической характеристике деформации и мало зависит от упругих свойств роговицы. Проведено сопоставление различных способов статического нагружения, и показано, что комбинирование этих способов дает возможность корректного определения по данным тонометрии как отдельно упругих характеристик роговицы и склеральной области, так и истинного внутриглазного давления. Показано, что стандартные методики обработки данных, получаемых с помощью используемых в клинике тонометров дают адекватные результаты, если упругие характеристики глазного яблока умеренно отклоняются от средних значений, однако нуждаются в серьезной корректировке при значительном отклонении от этих значений. Выполнены клинические исследования, результаты которых указывают на корреляцию упругих свойств склеры со степенью глаукомы и результативностью ее лечения. Обоснована и разработана эффективная модель динамической тонометрии (нагружение струей сжатого воздуха) на базе обобщения нашей модели глазного яблока с учетом вязкоупругости роговицы и склеральной области. Создана модель эпителиальной эмбриональной ткани с учетом активных деформаций, поляризации и переупаковки клеток, в которой ткань представляется средой, состоящей из двух фаз: основной (клеточной) и дополнительной, образованной активными выростами клеток. Модель позволяет по непосредственно наблюдаемым деформациям клеток определять степень участия различных составляющих процессов в перестройке ткани. Результаты расчетов согласуются с экспериментальными данными.
2 2 марта 2015 г.-15 декабря 2015 г. Исследование структурной организации биологических объектов методами механики в приложении к глазу и клеточным системам
Результаты этапа: Усовершенствованы методы исследования структурной организации биологических объектов в результате непрямых измерений на примере глаза и клеточных систем. Протестированы методики приложения полученных результатов к медицинской диагностике и экспериментальным биологическим исследованиям. Проанализированы зависимости, применяемые при стандартной обработке данных процедуры измерения внутриглазного давления по Шиотцу. Показано, что использование этих зависимостей вполне правомерно для тонометра с минимальным весом стержня, если упругие характеристики глазного яблока близки к средним. При большем весе стержня или значениях упругих констант, сильно отличающихся от нормы, необходимо учитывать рассчитанные нами поправки. Разработанная теория различных типов нагружения при статической тонометрии приложена к созданию системы взаимно дополняющих методик определения упругих характеристик и внутриглазного давления. На основе численного решения механической задачи о тонометрии проанализированы влияние формы поверхности контакта тонометра на точность измерения истинного и тонометрического давлений. Для примера выбраны тонометры с плоской (метод Маклакова) и выпуклой (конвекс-тонометрия) контактной поверхностями. Рассмотрены возможные модификации метода тонометрии, позволяющие не только повысить точность измерения внутриглазного давления, но и оценить индивидуальные значения параметров, характеризующих упругие свойства роговичного и склерального сегментов глаза. Модификация тонометрии состоит в том, что в каждом исследовании необходимо стандартным методом измерить тонометрическое давление последовательно тонометрами обоих типов двух различных весов (четыре измерения). Разработана теория дифференциальной тонометрии с помощью тонометра Шиотца для практического применения в клинике. Продолжено накопление клинического материала с целью апробации и уточнения диагностических методик. Модифицирована континуальная модель клеточной среды с учетом различных типов механической активности клеток и взаимодействий между ними. Выполненные для клеточного пласта, подвергнутого механическому растяжению, расчеты позволили выбрать диапазон параметров модели, качественно и по порядку измеряемых величин соответствующих эффектам, наблюдаемым в опытах с эксплантатами эмбриональных тканей.
3 15 февраля 2016 г.-15 декабря 2016 г. Исследование структурной организации биологических объектов методами механики в приложении к глазу и клеточным системам
Результаты этапа: Построена эффективная модель динамической тонометрии, т.е. оценки механических свойств глаза по измерению прогиба роговицы под действием струи сжатого воздуха. В основе модели представление роговицы безмоментной двумерной поверхностью, обладающей вязкоупругостью фойгтовского типа, а склеральной области – вязкоупругим элементом, откликающимся нестационарным изменением объема на изменения внутриглазного давления. Исследованы как нестационарное решение, так и стационарное, вырабатывающееся при длительном стационарном воздействии струи. Показано, что механические характеристики, измеряемые при обследовании глаза, зависят от механических характеристик не только роговицы, но и склеральной области. Исследована возможность использования механических характеристик глазного яблока, определенных с использованием различных тонометров, для диагностики глаукомы и оценки эффективности ее лечения. Сформулированы, проанализированы теоретически и тестированы в клинике различные диагностические критерии для практического применения при клиническом обследовании. Получен патент на метод клинической оценки риска глаукомы с помощью совместного анализа данных дифференциальной тонометрии тонометрами Маклакова и Шиотца. Результаты выполненных расчетов использованы для анализа течения внутриглазной жидкости в нагруженном глазу и повышения информативности компрессионной тонографии. Модель механически активной клеточной системы усовершенствована с учетом нелинейной зависимости скорости формирования активных напряжений от тензора формы и укрепления межклеточных контактов в ответ на растягивающее напряжение. Расчеты по модифицированной модели позволили более точно, чем ранее, описать процессы, связанные с активным откликом эмбрионального эпителия на механическое растяжение.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".