АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ЖИВЫХ СИСТЕМ

Математическое моделирование действия лазерного излучения ближнего ИК-спектра на раковые клетки

К. В. Тикунова^a, Г. Г. Голышев^a, С. Г. Соколовский^b, Э. У. Рафаилов^b, А. Н. Гольцов<sup>a

a</sup> МИРЭА – Российский технологический университет, Институт искусственного интеллекта, кафедра биокибернетических систем и технологий, Россия, 119454, г. Москва, пр. Вернадского, д. 78
^b Университет Астона, Астонский институт фотонных технологий, Великобритания, г. Бирмингем, B4 7ET

Аннотация: В последние десятилетия внедрение достижений биофотоники и квантовой электроники в медицинскую практику привело к развитию новых методов диагностики и терапии многих заболеваний. В области онкологии сегодня успешно применяется метод фотодинамической терапии (ФДТ) для лечения различных типов рака. Наряду с дальнейшим совершенствованием ФДТ в настоящее время ведутся исследования по разработке прямой лазерной терапии, при которой генерация молекул синглетного кислорода ($^1 \textrm{О}_2$) в раковых клетках происходит при действии лазерного излучения ближнего ИК-спектра (ЛИ БИК) с длиной волны $\lambda=1267$ нм без необходимости введения фотосенсибилизаторов в организм пациентов. С целью теоретического исследования прямого действия ЛИ БИК-спектра на раковые клетки и описания большого набора экспериментальных данных разработана математическая модель, включающая основные клеточные процессы, активируемые в раковых клетках при действии ЛИ и определяющие эффективность его цитотоксического действия на раковые клетки. В результате моделирования получена оценка скорости генерации $^1 \textrm{О}_2$ при ЛИ с $\lambda=1267$ нм и описана кинетика генерации вторичных молекул активных форм кислорода (АФК), деградация которых определяется действием учтенной в модели антиоксидантной системы защиты клетки. Показано, что при действии лазерного излучения индуцируются процессы перекисного окисления липидов, приводящие к повреждению клеточных мембран и гибели клеток путем ферроптоза. В результате моделирования установлено, что каскад свободнорадикальных и ферментативных реакций трансформации и накопления АФК приводит к пролонгированному ответу раковых клеток шейки матки на действие лазерного излучения с $\lambda=1267$ нм, в течение которого в раковых клетках развивается окислительный стресс, вызывающий их гибель в результате апоптоза и ферроптоза.

Ключевые слова: биофотоника, лазерная терапия, онкология, компьютерное моделирование, синглетный кислород, активные формы кислорода

УДК: 577.345

Поступила в редакцию: 18.11.2025
Исправленный вариант: 25.11.2025
Принята в печать: 27.11.2025

DOI: 10.20537/2076-7633-2025-17-6-1205-1218