Modelování každé buňky srdce s arytmií
„Prostřednictvím projektu MICROCARD budeme schopni simulovat velké vzorky tkání, možná dokonce i celých srdcí, s realistickou buněčnou geometrií.“
V průmyslu a vědě existuje celá řada zásadních výpočetních úloh, s jejichž řešením mají klasické superpočítače potíže. Mezi příklady těchto komplexních problémů patří optimalizace dopravních toků a základní numerické problémy v chemii a fyzice pro vývoj nových léků a materiálů. Téměř každý zažil pocit bušení srdce nebo chvění na hrudi. U většiny osob se jedná o dočasný a neškodný problém, ale u ostatních se jedná o důkaz poruchy elektrických impulsů regulujících srdeční tep, což je život ohrožující stav zvaný srdeční arytmie. K lepšímu pochopení a léčbě tohoto stavu kardiologové používají numerické elektrofyziologické modely, které dělí srdce na prvky, z nichž každý pokrývá několik stovek buněk. Tento přístup však ukázal své meze. „Tyto modely v podstatě předpokládají, že všechny buňky v každé skupině dělají víceméně totéž. To je rozumný předpoklad při pohledu na zdravé srdce, kde je elektrické spojení mezi těmito buňkami silné, ale neplatí to pro strukturálně poškozená srdce,“ vysvětluje Mark Potse, výzkumný profesor v oblasti srdečního modelování v institutu IHU Liryc ve Francii a koordinátor projektu MICROCARD. U nezdravých srdcí s jizvami po infarktu nebo různými kardiomyopatiemi může elektrická aktivace probíhat v kruhu, což vede k možné smrtelné arytmii. Vzhledem k tomu, že individuální chování každé buňky je při těchto událostech rozhodující, usiluje Potse a jeho tým pracující v rámci projektu MICROCARD o reprezentaci každé z nich v simulacích založených na HPC. „Již dříve existovaly modely jednotlivých buněk, ale ty byly velmi zjednodušené. Prostřednictvím projektu MICROCARD budeme schopni simulovat velké vzorky tkání, možná dokonce i celých srdcí, s realistickou buněčnou geometrií. To samozřejmě vyžaduje mnohem výkonnější počítače spolu s odbornými znalostmi ohledně toho, jak tyto stroje správně používat,“ vysvětluje Potse. V rámci projektu zatím došlo k vytvoření různých stavebních prvků nové platformy. Vzhledem k tomu, že desítky výzkumných skupin po celém světě používají numerické modely každý den, bude projekt MICROCARD pravděpodobně přijat různými skupinami za účelem zkoumání chování poškozené tkáně a komplexních srdečních struktur, jako je spojení mezi srdečními Purkyňovými vlákny a svalovou tkání.
Keywords
MICROCARD, HPC, vysoce výkonná výpočetní technika, superpočítač, technologie, digitální suverenita, kvantová výpočetní technika, inovace, zelená výpočetní technika, energeticky účinný, dovednosti, malé a střední podniky