Специалисты в области механики деформируемого твердого тела и вычислительного материаловедения из Института физики прочности и материаловедения СО РАН и Томского государственного университета совершили важный шаг в борьбе с одним из самых агрессивных видов рака – остеосаркомой, поражающей кости. С помощью передового компьютерного моделирования они выяснили, как механические нагрузки влияют на рост опухоли в позвоночнике и как можно направленно воздействовать на болезнь с помощью звуковых волн.
Исследователи-механики создали точную цифровую модель сегмента грудного отдела позвоночника, включая позвонки, межпозвоночные диски и даже злокачественную опухоль. Учёные учли, что костная ткань – это не просто твёрдый материал, а пористая структура, пропитанная биологической жидкостью, что играет ключевую роль в развитии заболевания.
Сначала они смоделировали обычные повседневные нагрузки – например, те, что испытывает позвоночник, когда человек просто стоит. Оказалось, что в таких условиях в области опухоли создаётся благоприятная среда для роста раковых клеток: уровень механических напряжений и давления жидкости слишком низок, чтобы подавить развитие болезни.
Затем команда модельеров и механиков изучила эффект целенаправленного акустического воздействия – метода, уже применяемого в физиотерапии. Результаты оказались впечатляющими: при определённой интенсивности звуковых волн (0.2–0.3 мДж/мм²) в поражённой области создаются условия, которые могут остановить размножение злокачественных клеток. Более того, такое воздействие способствует переносу здоровых стволовых клеток в зону опухоли, что открывает путь к восстановлению костной ткани.
Важно, что учёные также определили «зону риска»: слишком слабое воздействие неэффективно, а слишком сильное может, наоборот, спровоцировать образование защитной оболочки вокруг опухоли, что затруднит лечение.
Это исследование, проведенное на стыке механики, биологии и медицины, открывает путь для разработки неинвазивных терапевтических методов. В будущем такие наработки могут стать частью персонализированного подхода к лечению рака позвоночника, позволяя врачам точечно и безопасно воздействовать на опухоль, не прибегая к агрессивным вмешательствам.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник Томского государственного университета. Математика и механика»
