Rytmihäiriöistä kärsivän sydämen jokaisen solun mallinnus
”MICROCARDin avulla pystymme simuloimaan suuriakin kudosnäytteitä realistisella solugeometrialla – toivottavasti jopa kokonaisia sydämiä.”
Teollisuudessa ja tieteen eri aloilla on suoritettava monia tärkeitä laskentatehtäviä, jotka ovat hankalia perinteisille supertietokoneillekin. Esimerkkejä tällaisista monimutkaisista ongelmista ovat liikennevirtojen optimointi sekä kemian ja fysiikan aloilla uusien lääkkeiden ja materiaalien kehityksessä vastaan tulevat numeeriset ongelmat. Sydämen tykyttäminen tai ”muljahtelu” on lähes kaikille tuttu, epämiellyttävä tunne. Useimmiten ilmiö on tilapäinen ja vaaraton, mutta joskus se on oire sydämensykettä sääntelevien sähköimpulssien häiriöstä, jolloin kyseessä on hengenvaarallinen sairaus nimeltä sydänarytmia eli rytmihäiriö. Kardiologit ovat käyttäneet sairauden tutkimisessa ja hoidossa useita sähköfysiologisia malleja, joissa sydän on jaettu muutamasta sadasta solusta koostuvaan eri osaan. Tämän lähestymistavan rajat ovat kuitenkin tulleet vastaan. ”Näissä malleissa ikään kuin oletetaan, että kunkin ryhmän kaikki solut toimivat enemmän tai vähemmän samalla tavalla. Terveen sydämen tapauksessa niin voikin kohtuullisesti olettaa, kun solujen väliset sähköyhteydet toimivat. Oletus ei kuitenkaan enää pidä paikkaansa, kun sydämessä on rakenteellisia vaurioita”, sanoo Mark Potse, sydänmallinnuksen tutkimusprosessori ranskalaisesta IHU Liryc -instituutista ja MICROCARD-hankkeen koordinaattori. Jos sairaassa sydämessä on infarktiarpia tai muita sydänlihassairauksia, sähköaktivaatio voi jäädä kiertämään kehää ja aiheuttaa sydämessä mahdollisesti hengenvaarallisen rytmihäiriön. Tällaisissa tapauksissa jokaisen solun erillisen toiminnan tunteminen on erittäin tärkeää, joten MICROCARD-hankkeessa Potse tiimeineen on pyrkinyt ottamaan jokaisen solun mukaan suurteholaskentaa hyödyntäviin simulaatioihinsa. ”Malleja on tehty ennenkin yksittäisistä soluista, mutta tällaisia malleja oli vahvasti yksinkertaistettu. MICROCARDin avulla pystymme simuloimaan suuriakin kudosnäytteitä realistisilla solugeometrioilla – toivottavasti jopa kokonaisia sydämiä. Tähän vaaditaan toki paljon tehokkaampia tietokoneita sekä asiantuntemusta näiden koneiden käytöstä”, Potse sanoo. Tähän mennessä hankkeessa on luotu useita uuden alustan rakennuspalikoita. Numeeriset mallit ovat päivittäin lukuisten tutkimusryhmien käytössä ympäri maailman. Monet ryhmät ottavat todennäköisesti MICROCARDin käyttöön tutkiakseen vaurioituneen kudoksen käyttäytymistä ja sydämen monimutkaisia rakenteita, esimerkiksi Purkinjen syiden ja lihaskudoksen yhteyksiä.
Keywords
MICROCARD, HPC, suurteholaskenta, supertietokone, teknologiat, digitaalinen suvereniteetti, kvanttilaskenta, innovaatio, vihreä IT, energiatehokas, taidot, pk-yritykset