Проект РНФ №24-24-00165 "Исследование механических свойств опухолевых клеток молочной железы человека методами статистической термодинамики, количественной фазовой микроскопии и с применением алгоритмов глубокого машинного обучения"

Ранняя диагностика рака увеличивает показатели безрецидивной и общей выживаемости, а также делает возможным проведение органосохраняющего лечения с полноценной медицинской и социальной реабилитацией больных злокачественным новообразованием. Многие виды рака обнаруживаются на ранних стадиях благодаря упреждающему скринингу, особенно в группах высокого риска. Однако некоторые виды рака могут развиваться бессимптомно и, таким образом, их раннее выявление становится невозможным. Основным подтверждающим методом для диагностики рака является оценка морфологических изменений при биопсии. Поэтому разработка новых высокочувствительных диагностических инструментов в дополнение к существующим является актуальной задачей повышения качества диагностики онкологических заболеваний за счет снижения субъективного фактора. Современные исследования показывают, что механические характеристики клеток эукариот являются перспективными биофизическими маркерами патологии, а методики их измерения, особенно неинвазивные, имеют потенциал стать новыми дополняющими подходами для диагностирования опухолей. Несмотря на то, что структурные и динамические свойства клеток эукариот достаточно давно и хорошо изучены, до сих пор остается неясной их связь с механикой клеток в условиях внешних воздействий. Также стоит отметить, что отсутствие механобиологических моделей клеток эукариот, отражающих статистические и термодинамические аспекты их поведения, не позволяет установить значимые параметры для последующего их экспериментального определения. Перечисленные факторы указывают на необходимость поиска теоретической интерпретации различий нераковых и раковых клеток эукариот с механической точки зрения, учитывающей их структурные и динамические свойства на основе статистико-термодинамического подхода, с целью обоснования применимости биофизических характеристик и методов к диагностике онкологических заболеваний. Проект направлен на разработку мезоскопической статистико-термодинамической модели механобиологического поведения клеток эукариот, описывающей динамические и морфологические свойства, обусловленные структурными изменениями цитоскелета, а также экспериментальное исследование механических свойств клеток эукариот различных фенотипов на основе неинвазивной техники измерений применительно к разработке новых методов диагностики опухолевых заболеваний на этапе биопсии ткани. Научная новизна исследования определяется разработкой новой математической модели клетки на основе методов статистической термодинамики с использованием теории самосогласованного поля. Данная модель позволит определять механическое поведение клетки эукариот на основе эволюционных уравнений её состояния, а также даст обоснованную трактовку преобразования клетки «в норме» в раковую в терминах фазового перехода. Кроме того, новизна работы заключается в исследовании упругих, пластических и прочностных свойств цитоскелета, измеряемых с помощью отечественного лазерного микроскопа МИМ-Н, который является неинвазивным для клетки, для поиска новых маркеров идентификации опухолевых клеток. Будет установлена связь между пространственно-временными флуктуациями клетки, ассоциирующимися с её механикой, и статистико-термодинамическими параметрами теоретической модели, характеризующими состояние клетки.