Исследование физических свойств клеток молочной железы человека методами статистической термодинамики, количественной фазовой микроскопии и с примене

Исследование физических свойств клеток играет ключевую роль в понимании механизмов канцерогенеза и метастазирования. В данной работе представлен комплексный подход к оценке онкостатуса и метастатического потенциала клеток молочной железы человека, основанный на сочетании методов количественной фазовой микроскопии, статистической термодинамики и машинного обучения. В качестве модельных объектов использовались нераковые клетки MCF10A, неагрессивные метастатические клетки MCF7 и агрессивные метастатические MDAMB231. Для каждого фенотипа были получены фазовые изображения и трекдиаграммы, на основе которых проведен морфометрический, мультифрактальный и механический анализ. Результаты выявили статистически значимые различия между группами клеток по ряду параметров. Установлено, что такие безразмерные характеристики, как фрактальная размерность контура и коэффициент асимметрии фазового изображения, являются эффективными диагностическими маркерами. Мультифрактальный анализ динамических сигналов позволил достоверно идентифицировать неагрессивные раковые клетки MCF7. Для анализа механического отклика использована статистикотермодинамическая модель, идентифицировавшая параметры, характеризующие деформационное поведение клеток под сдвиговой нагрузкой. Обнаружен «парадокс жесткости», заключающийся в немонотонной зависимости модуля сдвига от метастатического потенциала. Для его разрешения предложен интегральный индекс агрессивности, продемонстрировавший монотонное изменение от нормальных к высокоагрессивным клеткам. Дополнительно показана высокая эффективность сверточной нейронной сети в задаче классификации фазовых изображений с точностью выше 90%. Результаты подтверждают перспективность предложенного подхода для бесметочной диагностики рака на клеточном уровне.