«Свертывание крови – основная причина смерти в Соединенных Штатах на данный момент», – сказал Альбер, известный по прозвищу Винсент Дж. Профессор семьи Дункан прикладной математики в Научном колледже и адъюнкт-профессор медицины в Медицинской школе Университета Индианы, Саут-Бенд. «Теперь мы можем использовать очень быструю и биологически релевантную вычислительную модель для изучения деформирующих структур сгустков, растущих в кровотоке."
Новая модель может быть адаптирована для изучения образования сгустков в кровеносных сосудах, которые могут представлять риск отслоения и миграции в легкие, что может привести к летальному исходу.
Сгустки у здоровых людей обычно перестают расти и растворяются сами по себе. Сгустки, возникающие в результате генетической недостаточности, травм, воспалений или таких заболеваний, как рак и диабет, могут бесконтрольно расти или приобретать неправильную форму, угрожая отделиться под давлением крови, текущей по сосудам.
Биопленки встречаются практически на любой влажной поверхности, включая вены, водопроводные трубы, корпуса кораблей, контактные линзы и больничное оборудование. Биопленки представляют собой скопления бактериальных клеток, встроенных в самопроизвольные внеклеточные полимерные вещества (EPS). Некоторые биопленки полезны, очищая сточные воды и способствуя биоразложению загрязнителей окружающей среды. Другие вредны, загрязняют промышленное оборудование, разъедают трубы и образуют полости в зубах.
Биопленки вызывают особую озабоченность при инфекциях человека, поскольку бактерии в биопленках гораздо более устойчивы к антибиотикам.
Поскольку биопленки часто встречаются в проточных системах, важно понимать влияние потока жидкости на биопленки. Биопленки ведут себя как вязкоупругие материалы.
Сначала они эластично растягиваются, затем продолжают растягиваться и в конечном итоге рвутся, как резинка. Большинство прошлых моделей биопленки не могли зафиксировать это поведение или предсказать отслоение биопленки. Новая модель позволяет моделировать это сложное поведение.
Моделирование показывает, что биопленки с более низкой вязкостью более склонны к растяжению и образованию стримеров, которые могут отслаиваться и закупоривать близлежащие структуры.
Новую модель можно использовать для разработки новых стратегий более эффективного управления биопленками.
Например, его можно использовать для продвижения полезных биопленок в системах обработки отходов или предотвращения слоев биологического обрастания в системах мембранной фильтрации. Это также может помочь улучшить удаление зубного налета с помощью водяных ирригаторов или разработать методы очистки катетеров или хирургического оборудования.
"В прошлом ученые обычно изучали бактерии изолированно. В последние годы они осознали важность структур биопленок и выяснили, как они устроены, но более ранние модели не смогли точно предсказать влияние неоднородной многокомпонентной структуры биопленки, включая EPS, на ее деформацию под давлением потока жидкости », сказал Альбер, группа которого разработала вычислительную модель в сотрудничестве с членами лаборатории Неренберга.
«Новые модели моделирования важны, потому что они позволяют нам более реалистично учитывать вязкоупругие свойства биопленки», – сказал Неренберг, чья лаборатория специализируется на экологических процессах создания биопленок. «Это исследование приведет к значительному прогрессу в нашем понимании накопления и устойчивости биопленок в природных и искусственных системах."