Пара исследователей из Университета Рутгерса продемонстрировала новое прямое численное моделирование в физике жидкостей, разработанное AIP Publishing, которое предсказывает поток эритроцитов через сети капилляров организма. Построив сеть виртуальных капилляров, команда обнаружила, что не только поток через так называемые материнские сосуды иногда может становиться перекошенным, что приводит к неравномерному распределению эритроцитов в дочерних сосудах, но и эти соединения также переключаются между равномерным и неравномерным потоком. время.«Это биологическая проблема, которая имеет огромное значение для здоровых и болезненных состояний», — сказал Просенджит Багчи, один из авторов статьи. «Эти явления были известны веками, но с точки зрения высокоточного компьютерного моделирования их было немного».
Багчи сравнивает разделение клеток крови на разветвлениях вдоль кровеносных сосудов с автомобилями в движении, где иногда случаются объездные пути. Все, что угодно, от травмы до закупорки капилляра или опухоли, создающей новые сосуды для питания самого себя, может привести к выходу кровеносного сосуда из строя. «Что касается кровеносных сосудов, мы их используем или теряем», — сказал Багчи. «Если город увидит, что никто не едет по определенной дороге, они перестанут идти в ногу с ней и могут отказаться от нее. Микрососудистые сети постоянно меняют свою архитектуру, даже в процессе старения».
Известный метод моделирования разделения эритроцитов, называемый снятием плазмы, визуализирует эритроциты в виде бесконечно крошечных точек, которые движутся через кровеносный сосуд. Группа Багчи была удивлена, узнав, насколько этот метод недооценивает поведение разделения и приводит к крайне неравномерному распределению ячеек в сети. Учитывая влияние размера клеток, известное как скрининг клеток, команда смоделировала поток с гораздо меньшей неоднородностью в распределении клеток.Работа группы проливает новый свет на давнее предположение о том, что бифуркации кровеносных сосудов либо распределяют эритроциты пропорционально, либо непропорционально по отношению к потоку.
Вместо этого их результаты показали, что сосуды могут переключаться между равномерным и неравномерным разделением на основе факторов, включая механизмы, расположенные выше по течению, которые смещают эритроциты в одну сторону от материнского сосуда, скопление эритроцитов в точках бифуркации или изменения сопротивления потоку в дочерних сосудах.Багчи сказал, что он надеется, что его результаты и модель окажутся полезным инструментом для исследователей, которые хотят лучше понять кровоток в микрососудистых сетях.
В будущем его команда будет искать другие частицы, в том числе то, как распределяются частицы лекарств, чтобы точно предсказать их перенос через капиллярные сети.