Forskere har skabt en matematisk model for dynamikken af ​​nanopartikler og vira i celler

Fysikere og matematikere fra Ural Federal University (UrFU) har skabt en kompleks matematisk model, der beregner fordelingen af ​​nanopartikler (især vira) i levende celler. Den matematiske model hjælper med at finde ud af, hvordan nanopartiklerne klynger (smelter sammen til en enkelt partikel) inde i celler, nemlig i cellulære endosomer, som er ansvarlige for at sortere og transportere proteiner og lipider.

Disse beregninger vil være nyttige til medicinske formål, fordi de viser opførsel af vira, når de trænger ind i celler og søger at replikere. Modellen giver også mulighed for nøjagtig beregning af mængden af ​​medicin, der er nødvendig for terapien for at sikre, at behandlingen er så effektiv som muligt og med minimale bivirkninger. Modelbeskrivelsen og resultaterne af beregninger blev publiceret i tidsskriftet Crystals .

"Processerne i celler er ekstremt komplekse, men i enkle ord bruger vira forskellige varianter til at reproducere. Nogle af dem leverer det genetiske materiale direkte til cytoplasmaet. Andre bruger endocytosevejen:de leverer det virale genom ved at frigive det fra endosomer. Hvis vira bliver hængende i endosomerne, stiger surhedsgraden, og de dør i lysosomerne," siger Dmitri Alexandrov, leder af Laboratory of Multiscale Mathematical Modeling på UrFU.

"Så vores model har gjort det muligt for det første at finde ud af, hvornår og hvilke vira 'undslipper' fra endosomer for at overleve. For eksempel er nogle influenzavira lav-pH-afhængige vira; de smelter sammen med endosommembranen og frigiver deres genom ind i cytoplasmaet. For det andet fandt vi ud af, at det er lettere for vira at overleve i endosomer under klyngedannelse, når to partikler smelter sammen og har tendens til at danne en enkelt partikel."

Som forskerne forklarer, vil den matematiske model også være nyttig i tumormålterapi:mange cancerterapier afhænger af, hvornår og hvordan nanopartikler af et lægemiddel mætter kræftceller. Og modellen vil hjælpe med at beregne denne parameter.

Derudover er forståelsen af ​​viras adfærd i celler vigtig for udviklingen af ​​vacciner og lægemidler samt for genterapi, som behandler sygdomme, som konventionel medicin ikke kan klare. For eksempel bruges forskellige adenovirus-baserede vektorer og lipidpartikler som en platform for genlevering til behandling af sygdommen. Men deres begrænsede evne til at "glide ud" af endosomerne begrænser også deres brug som afgivere.

"Nanopartikler mindre end 100 nanometer bliver stadig vigtigere værktøjer i moderne medicin. Dens anvendelser spænder fra nanodiagnostik til strålebehandling for kræft. For eksempel bruges pH-følsomme nanopartikler, der efterligner vira, til målrettet levering af antitumorlægemidler. Det er sådan medicin leveres fra hele organer til individuelle celler," siger leder af laboratoriet for stokastisk transport af nanopartikler i levende systemer (UrFU) Eugenya Makoveeva. + Udforsk yderligere

Influenzavirusskaller kunne forbedre leveringen af ​​mRNA til celler