Так выглядит болезнь

Ученые МФТИ научили нейросеть строить детальную карту пораженных и здоровых клеток тканей сердца по данным микроскопии. Компьютерная модель позволила им исследовать, как фиброз приводит к возникновению аритмии и как на этот процесс влияет препарат верапамил. Разработка поможет хирургам не только точно определить картину болезни пациента, но и правильно спланировать ход лечения.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

«Это не просто красивая картинка, в перспективе каждый такой “цифровой двойник” сердца может спасти десятки пациентов, страдающих от фиброза, от повторных операций и осложнений»,— подчеркивает Михаил Словицкий, старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ.

Чтобы получить это изображение, ученые изучили сотни снимков тканей сердца с конфокального микроскопа и аннотированные гистологические данные пациентов с фибрилляцией предсердий, предоставленные ГКБ №23 им. И. В. Давыдовского и ГБУЗ МО МОНИКИ им. М. Ф. Владимирского. На их основе они создали алгоритм, который обнаруживает малейшие изменения в клетках и точно восстанавливает расположение фиброзных волокон каждого пациента.

«Розовым цветом здесь показаны кардиомиоциты — здоровые клетки соединительной ткани, отвечающие за проведение электрических импульсов, желтым — коллагеновые волокна, а синим — пораженные фиброзом клетки, где нарушается проведение импульсов (фибробласты). Сейчас мы получили только первое тестовое изображение на основе микроскопии. В будущем мы планируем обучить ИИ строить такие карты на основе данных КТ, а затем и МРТ-снимков. Наш метод поможет видеть картину болезни с точностью, сопоставимой с гистологическим исследованием, но делать это безболезненно и неинвазивно»,— добавила Валерия Цвелая, заведующая лабораторией экспериментальной и клеточной медицины Института биофизики будущего МФТИ.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Такую «виртуальную копию» ткани предсердия хирург может использовать не только при планировании операций, но и как «черновик», на котором исследует воздействие тех или иных препаратов.

Миллионы людей во всем мире страдают от фибрилляции предсердий — разрастания рубцовой ткани, которая нарушает проведение электрических импульсов и приводит к аритмии. Главная сложность состоит в том, что у каждого пациента картина фиброза развивается по-своему. Чтобы определиться с тактикой лечения, хирургам необходимо ориентироваться в ней на клеточном уровне.

Компьютерная модель, которую разрабатывают ученые МФТИ, выполнит эту задачу. В новом исследовании с ее помощью уже удалось сравнить, как электрические импульсы распространяются в сердце при фиброзе, и проверить, как на этот процесс влияет препарат верапамил.

Оказалось, что сам по себе фиброз не всегда приводит к нарушениям ритма. Если электрические свойства клеток сердца остаются нормальными, участки фиброза не вызывают устойчивой аритмии. Опасна именно длительная фибрилляция: когда электрофизиология клеток меняется, фиброз становится «проводником» для хаотических электрических волн.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Важным открытием стало влияние верапамила. В модели с нормальной электрофизиологией сердца этот препарат, наоборот, повышал риск аритмии при наличии фиброза. Зато у пациентов с длительной фибрилляцией предсердий верапамил восстанавливал нормальное проведение импульсов, подавляя опасные циркулирующие волны возбуждения. Это еще раз доказывает, что те или иные препараты могут быть эффективны только в определенных случаях, и чтобы их использовать, необходимо знать точную картину болезни.

Новая технология — еще один шаг на пути к персонализированной кардиологии, когда хирурги смогут планировать операции с учетом особенностей строения сердечной ткани пациента и подбирать фармакотерапию на основе прогнозируемого моделью действия препаратов.

Подготовлено при поддержке МФТИ