Ученые смоделировали, как улучшить лечение тромбозов

14:45, 25 октября 2023

Процесс доставки лекарств к тромбу может стать гораздо быстрее

Физики под руководством Андрея Зубарева рассчитали, как увеличить скорость доставки лекарств. Фото: Анна Маринович.

Ученые Уральского федерального университета и Университета Лазурного берега (Франция) создали математическую модель, нацеленную на улучшение доставки лекарственных препаратов, восстанавливающих кровоток в тромбированных кровеносных сосудах. Статья о проведенной научной работе опубликована в Journal of Magnetism and Magnetic Materials. Разработку математической модели 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 и окружающую жидкость, то есть 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 практическое претворение идеи техасских ученых требует предварительного изучения множества аспектов: размер и форма капли, расположение в ней магнитных частиц, конфигурация, частота и напряженность поля, а также другие факторы могут оказаться наиболее выгодными для достижения оптимального результата.

В предыдущих работах авторы статьи 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.

Александр Задорожный