Nikita A. Knyazev

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 MCF-10A, неагрес-сивные метастатические клетки MCF-7 и агрессивные метастатические MDA-MB-231. Для каждого фенотипа были получены фазовые изображения и трек-диаграммы, на основе которых проведен морфометрический, мультифрактальный и механиче-ский анализ. Результаты выявили статистически значимые различия между группа-ми клеток по ряду параметров. Установлено, что такие безразмерные характери-стики, как фрактальная размерность контура и коэффициент асимметрии фазового изображения, являются эффективными диагностическими маркерами. Мультифрак-тальный анализ динамических сигналов позволил достоверно идентифицировать неагрессивные раковые клетки MCF-7. Для анализа механического отклика исполь-зована статистико-термодинамическая 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 изме-нение 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.

The edge dislocation motion under uniaxial compression in alpha-titanium single crystal was simulated using the dislocation dynamics approach. At each time step The edge dislocation motion under uniaxial compression in alpha-titanium single crystal was simulated using the dislocation dynamics approach. At each time step

The creation of materials with optimal properties is possible when studying the polycrystalline materials behavior during both the manufacturing and operation processes. The brief review of existing approaches to solving these problems and justification of the proposed approach is given. Models based on the introduction of internal variables, multi-level approach and crystal plasticity are prospective tool for solving such problems. The internal variables are responsible for the material meso- and microstructure and the underpinning mechanisms of deformation. The internal variables allow to explicitly describe changes in a material structure and therefore in physical and mechanical properties. The structure of the mathematical model is presented. The fatigue crack nucleation mechanism in titanium alloys is described. The subtask results of the critical dislocation density determination and the influence of misorientation for the crack nucleation are given.

The study deals with conditions of the specific fracture surface formation in a hard grain of the Ti-6Al alloy. It is shown that normal stresses in the hard grain basal plane can exceed critical stresses of the atomic plane breaking under certain external forces and a particular combination of the crystallographic orientation in adjacent grains. We analyzed the dependences of the maximum tangential and normal stresses on the number of dislocations in soft grain pile-ups, the misorientation angle of the adjacent grains, the distance from the grain boundary to the point, at which the stresses are determined.

This study describes the internal structure of materials used to produce medical stents. A two-level elastoviscoplastic mathematical model, which sets the parameters and describes the processes at the grain level, was developed and numerically implemented. A separate study was conducted to identify the most dangerous deformation modes in the balloon-expandable stent placement using the finite-element method in COMSOL Multiphysics. As a result, the challenging strain state type required for setting the kinematic loading on a representative macrovolume in the two-level model was obtained. A yield surface for different deformation paths in the principal deformation space for stainless steel AISI 316L was obtained and the effect of grain size on the deformation behavior of this material was explored using the developed model.