Разработка математической модели для построения биоискусственной печени
- Авторы: Ганьшин А.С.1, Андриков Д.А.1
-
Учреждения:
- Российский университет дружбы народов
- Выпуск: Том 26, № 1 (2025)
- Страницы: 86-93
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/2312-8143/article/view/327624
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2025-26-1-86-93
- EDN: https://elibrary.ru/KTPDUU
- ID: 327624
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Исследование направлено на построение математической модели, отражающей основные биохимические и физиологические процессы, происходящие в биоискусственной печени. Основная цель исследования - создание надежного инструмента для предсказания поведения клеток печени в искусственных условиях, что позволит улучшить понимание их функциональности и метаболической активности. Уделено внимание моделированию уровня метаболитов, диффузии токсинов и синтеза белков. Для реализации данной задачи разработана система дифференциальных уравнений, которая описывает динамику ключевых процессов, связанных с функционированием клеток печени в искусственных условиях. Модель учитывает взаимодействие биохимических процессов, таких как метаболизм питательных веществ, секреция метаболитов, а также механизмы вывода токсинов из клеток, что является критически важным для понимания общего состояния биоискусственной печени. В ходе исследования проведен анализ влияния различных факторов на уровень метаболитов и эффективность диффузии токсинов. Это позволяет лучше понять основные механизмы, происходящие в клетках, и оптимизировать условия их культивации для повышения жизнеспособности и функциональности биоискусственной печени. Разработанная модель может стать основой для дальнейших исследований в области биотехнологий и создания высокоэффективных заменителей органов, что открывает новые перспективы в лечении печеночной недостаточности и трансплантации. Таким образом, результаты данной работы подчеркивают значимость математического моделирования в исследовании сложных биологических систем и могут быть использованы для дальнейшего усовершенствования методов лечения заболеваний печени и разработки новых подходов в области регенеративной медицины.
Об авторах
Алексей Сергеевич Ганьшин
Российский университет дружбы народов
Email: 1042210064@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0003-3582-4889
аспирант кафедры механики и процессов управления, инженерная академия
Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6Денис Анатольевич Андриков
Российский университет дружбы народов
Автор, ответственный за переписку.
Email: andrikovdenis@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0359-0897
SPIN-код: 8247-7310
кандидат технических наук, доцент департамента механики и процессов управления, инженерная академия
Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6Список литературы
- Karvellas CJ, Subramanian RM. Current Evidence for Extracorporeal Liver Support Systems in Acute Liver Failure and Acute-on-Chronic Liver Failure. Critical Care Clinics. 2016:32(3):439-451. https://doi.org/10.1016/j.ccc.2016.03.003
- Kanjo A, Ocskay K, Gede N. Ef cacy and safety of liver support devices in acute and hyperacute liver failure: A systematic review and network meta-analysis. Sci Rep. 2021;11:1-10. https://doi.org/10.1038/s41598-021-83292-z
- Doyle J, Francis B, Tannenbaum A. Feedback Control Theory. New York: Dover Publ.; 1990. https://doi.org/10.1007/978-0-387-85460-1_1
- Koobloch HW, Isidori A, Flockerzi D. Topics in control theory. Basel: Springer Publ.; 1993.
- Zhou K, Doyle J, Glover K. Robust and Optimal Control. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall Publ.; 1996. ISBN 0134565673, 9780134565675
- Zhou K, Khargonekar PP. An algebraic Riccati equation approach to H∞ optimization. Systems & Control Letters. 1988;11(2);85-91. https://doi.org/10.1016/0167-6911(88)90080-1
- Tararykin SV, Tyutikov VV. A robust model control for dynamic systems. Automation and Remote Control. 2002;63(5):730-742. https://doi.org/10.1023/A:1015489719323
- Wo SL, Shi G, Zou Y. Robust H-infinity control for discrete-time singular systems with time-delay and non-linear perturbation. Systems Engineering and Electronics. 2009;31:916-921.
- Xu S, Lam J, Yang C. Robust H∞ control for discrete singular systems with state delay and parameter uncertainty. Dynamics of Continuous, Discrete and Impulsive Systems. 2002;9:539-554.
- Kolpakov F, Akberdin I, Kashapov T, Kiselev L, Kolmykov S, Kondrakhin Y, Kutumova E, Mandrik N, Pintus S, Ryabova A, Sharipov R. BioUML: an integrated environment for systems biology and collaborative analysis of biomedical data. Nucleic acids research. 2019;2;47(W1):225-233.
- Nakao M, Nakayama N, Uchida Y. Nationwide survey for acute liver failure and late-onset hepatic failure in Japan. J. Gastroenterol. 2017;53(20):752-769. https://doi.org/10.1007/s00535-017-1394-2
- Court FG, Wemyss-Holden SA, Dennison AR, Maddern GJ. Bioartificial liver support devices: Historical perspectives. ANZ Journal of Surgery. 2003;73(9):739-748. https://doi.org/10.1046/j.1445-2197.2003.02741.x
- Alves LA, Bonavita A, Quaresma K, Torres E. New Strategies for Acute Liver Failure: Focus on Xenotransplantation Therapy. Cell Medicine. 2010;1(1):47-54. https://doi.org/10.3727/215517910X516646
- Shen Y, Wang XL, Wang B, Shao JG, Liu YM, Qin Y, et al. Survival benefits with artificial liver support system for acute-on-chronic liver failure: a time series-based meta-analysis. Medicine. 2016;95(3):e2506. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000002506
- Ren S, Irudayam JI, Contreras D, Sareen D, Talavera-Adame D, Svendsen CN, Arumugaswam V. Bioartificial Liver Device Based on Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Hepatocytes. Journal of Stem Cell Research & Therapy. 2015;5:1000263. https://doi.org/10.4172/2157-7633.1000263
- Vitale A, Salinas F. Could Sorafenib Disclose New Prospects as Bridging Therapy to Liver Transplantation in Patients with Hepatocellular Carcinoma? Journal of Liver. 2013;02(04). https://doi.org/10.4172/2167-0889.1000134
- Koivusalo AM, Teikari T, Hockerstedt K, Iso-niemi H. Albumin dialysis has a favorable effect on amino acid profile in hepatic encephalopathy. Metabolic Brain Disease. 2008;23(4):387-398. https://doi.org/10.1007/s11011-008-9110-9
- Mohammed Y, Verhey JF. A finite element method model to simulate laser interstitial thermo therapy in anatomical inhomogeneous regions. BioMedical Engineering OnLine. 2005;4:1-16. https://doi.org/10.1186/1475-925X-4-2
- Pitsik EN, Goremyko MV, Makarov VV, Hramov AE. Mathematical modelling of the network of professional interactions. Izvestiya VUZ. Applied nonlinear dynamics. 2018;26(1):21-32. (In Russ.) https://doi.org/10.18500/0869-6632-2018-26-1-21-32
- Naruse K, Sakai Y, Nagashima J, Suzuki M, Muto T. Development of a new bioartificial liver module filled with porcine hepatocytes immobilized on non-woven fabric. Int J Artif Organs. 1996;19(6):347-352. PMID: 8814498
Дополнительные файлы
