
Как математика помогает понять, что происходит в наших кровяных клетках
Исследователи из Института цитологии (ИНЦ) РАН разработали математическую модель, которая позволяет анализировать ионный транспорт в эритроцитах — красных кровяных клетках, отвечающих за перенос кислорода и других важных веществ в организме. Эта модель может помочь выявить причины и последствия нарушений в этом процессе, а также быть применима для изучения других типов клеток.
Эритроциты — один из трех основных типов клеток крови, которые образуются в костном мозге и живут около 120 дней. Они имеют дискоидную форму и не содержат ядра, что позволяет им легко проникать в узкие сосуды и обеспечивать транспорт кислорода от легких ко всем тканям организма. Кроме того, эритроциты участвуют в свертывании крови, переносе ферментов, витаминов и аминокислот.
Для выполнения своих функций эритроциты используют специальные белки — ионные каналы и переносчики, которые расположены на поверхности клеточной мембраны. Эти белки позволяют эритроцитам поддерживать динамическое равновесие с окружающей средой и проникать в клетку необходимые для организма ионы натрия, калия и хлора. Эти ионы регулируют объем клетки, электрический потенциал мембраны, активность ферментов и другие процессы.
Нарушение работы ионных каналов и переносчиков может привести к серьезным проблемам для организма. Например, известно, что при некоторых наследственных заболеваниях, таких как сфероцитоз или эллиптоцитоз, происходят деформации формы эритроцитов из-за дефектов мембраны. Это уменьшает способность этих клеток переносить кислород и увеличивает риск анемии, тромбоза и инфаркта.
Математическая модель, разработанная в ИНЦ РАН, представляет собой систему уравнений, которые описывают перенос ионов калия, натрия и хлора через мембрану эритроцитов. С помощью изменения коэффициентов этих уравнений можно оценить, как эти процессы влияют на функционирование клетки.
Модель, используя минимальный набор экспериментальных данных, позволяет описать процесс переноса ионов в эритроцитах, определять причины нарушений этого процесса, а также прогнозировать динамику этих нарушений
— старший научный сотрудник группы моделирования нейродегенеративных заболеваний ИНЦ РАН Валентина Юринская.

Результаты применения матмодели, изложенные в виде графиков.
Модель использует минимальный набор экспериментальных данных, таких как концентрации ионов внутри и снаружи клетки, потенциал мембраны, скорость потока ионов через каналы и переносчики. На основе этих данных модель позволяет выявить причины нарушений в ионном транспорте и предсказать их последующую динамику.
Кроме того, исследование показало, что такая модель может быть применима и для изучения других типов клеток, таких как нейроны, мышечные клетки или эпителиальные клетки. Для этого достаточно изменить набор ионных каналов и переносчиков, участвующих в транспорте ионов.
Разработанная в ИНЦ РАН математическая модель может быть полезна для обнаружения нарушений в работе ионного транспорта в эритроцитах, которые могут быть связаны с различными заболеваниями или факторами окружающей среды. Например, модель может помочь изучить, как изменяется транспорт ионов в клетках во время апоптоза — процесса гибели клеток, которым организм регулирует свои запасы клеток. Апоптоз может быть вызван различными причинами, такими как стресс, инфекции, радиация или химические вещества.
Использование математических методов позволяет получить результаты, которые не достижимы другими методами изучения клеточных процессов. Например, модель позволяет учитывать нелинейность и сложность системы, а также уменьшить количество необходимых экспериментов.
— Валентина Юринская.
Исследование было поддержано Минобрнауки России, оно является частью большой работы сотрудников ИНЦ РАН по исследованию различных аспектов ионного гомеостаза в клетках. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Plos One.
Как работают эритроциты
Эритроциты — один из трех основных типов клеток крови, которые образуются в костном мозге и живут около 120 дней. Они имеют дискоидную форму и не содержат ядра, что позволяет им легко проникать в узкие сосуды и обеспечивать транспорт кислорода от легких ко всем тканям организма. Кроме того, эритроциты участвуют в свертывании крови, переносе ферментов, витаминов и аминокислот.
Для выполнения своих функций эритроциты используют специальные белки — ионные каналы и переносчики, которые расположены на поверхности клеточной мембраны. Эти белки позволяют эритроцитам поддерживать динамическое равновесие с окружающей средой и проникать в клетку необходимые для организма ионы натрия, калия и хлора. Эти ионы регулируют объем клетки, электрический потенциал мембраны, активность ферментов и другие процессы.
Нарушение работы ионных каналов и переносчиков может привести к серьезным проблемам для организма. Например, известно, что при некоторых наследственных заболеваниях, таких как сфероцитоз или эллиптоцитоз, происходят деформации формы эритроцитов из-за дефектов мембраны. Это уменьшает способность этих клеток переносить кислород и увеличивает риск анемии, тромбоза и инфаркта.
Что делает математическая модель
Математическая модель, разработанная в ИНЦ РАН, представляет собой систему уравнений, которые описывают перенос ионов калия, натрия и хлора через мембрану эритроцитов. С помощью изменения коэффициентов этих уравнений можно оценить, как эти процессы влияют на функционирование клетки.
Модель, используя минимальный набор экспериментальных данных, позволяет описать процесс переноса ионов в эритроцитах, определять причины нарушений этого процесса, а также прогнозировать динамику этих нарушений
— старший научный сотрудник группы моделирования нейродегенеративных заболеваний ИНЦ РАН Валентина Юринская.

Результаты применения матмодели, изложенные в виде графиков.
Модель использует минимальный набор экспериментальных данных, таких как концентрации ионов внутри и снаружи клетки, потенциал мембраны, скорость потока ионов через каналы и переносчики. На основе этих данных модель позволяет выявить причины нарушений в ионном транспорте и предсказать их последующую динамику.
Кроме того, исследование показало, что такая модель может быть применима и для изучения других типов клеток, таких как нейроны, мышечные клетки или эпителиальные клетки. Для этого достаточно изменить набор ионных каналов и переносчиков, участвующих в транспорте ионов.
Зачем это нужно
Разработанная в ИНЦ РАН математическая модель может быть полезна для обнаружения нарушений в работе ионного транспорта в эритроцитах, которые могут быть связаны с различными заболеваниями или факторами окружающей среды. Например, модель может помочь изучить, как изменяется транспорт ионов в клетках во время апоптоза — процесса гибели клеток, которым организм регулирует свои запасы клеток. Апоптоз может быть вызван различными причинами, такими как стресс, инфекции, радиация или химические вещества.
Использование математических методов позволяет получить результаты, которые не достижимы другими методами изучения клеточных процессов. Например, модель позволяет учитывать нелинейность и сложность системы, а также уменьшить количество необходимых экспериментов.
Наша разработка может быть использована для выявления нарушений в работе ионного транспорта в эритроцитах. Кроме того, мы обнаружили, что эту модель можно использовать и для изучения различных типов клеток. Использование математических методов позволяет получить результаты, которые недостижимы другими методами изучения клеточных процессов
— Валентина Юринская.
Исследование было поддержано Минобрнауки России, оно является частью большой работы сотрудников ИНЦ РАН по исследованию различных аспектов ионного гомеостаза в клетках. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Plos One.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Выяснилось, что суша вокруг Аральского моря... стремительно поднимается
И ученые сумели разгадать эту удивительную загадку природы....

В каменных гробницах древней Ирландии похоронены вовсе не те, о ком думали ученые
Генетический анализ переписывает историю неолита....

Тайна последнего Папы: сбудется ли пророчество XII века?
Три Петра, один престол: что об этом говорят историки и сам Ватикан?...

Что 220 дней в космосе сделали с 70-летним мужчиной?
Старейший астронавт NASA возвратился на Землю....

Застукали: антарктического гигантского кальмара впервые запечатлели в естественной среде
Прошёл век после открытия вида....

Невероятная история единственного человека, которому удалось проникнуть в Зону 51
Джерри Фримен не только выбрался оттуда, но и рассказал, что увидел....

«Двух монстров» засняли на камеру в знаменитом шотландском озере
Ученые не верят, но кого тогда видел очевидец?...

Американские военные приступили к строительству орбитального авианосца
Пентагон говорит, что это исключительно ради мира. Но эксперты прогнозируют военную эскалацию в космосе....

Оказывается, римляне периодически врали о своих победах в исторических хрониках
Недавно археологи обнаружили в Судане очередное яркое тому подтверждение....

Бетон в туннелях для автотранспорта гниёт удивительно быстро
Казалось бы прочный материал гложут микробы....

Китай испытал новейшую водородную, но не ядерную бомбу
Кто-то говорит, что это инновация, а кто-то, что такое уже было в СССР....

Ученые заставили человеческий глаз видеть совершенно новый цвет
Он называется оло, и его практически не описать словами....

Шимпанзе устраивают пьяные вечеринки
Похоже, у человека и близких видов это в крови....

Вороны еще раз подтвердили свою гениальность
Исследование показало, что эти птицы отлично распознают… геометрические фигуры....

Ученые доказали: вода на Земле не из космоса, а своя собственная
Она зародилась «автоматически». И это в корне меняет теорию жизни во Вселенной....

Нюхали чужие футболки: женщины полагаются на запах при выборе друзей
Наука требует странных опытов....