Ученые создали математическую модель для динамики наночастиц и вирусов в клетках

Эти расчеты будут полезны в  медицинских целях, так как, с  одной стороны, они показывают, как ведут себя вирусы, когда попадают в  клетки и  стремятся реплицировать. А  с  другой стороны, модель позволяет точно рассчитать необходимое количество препарата для терапии, чтобы лечение было максимально эффективным и  с  минимальными побочными эффектами. Описание модели и  результаты расчетов ученые опубликовали в  журналах Crystals , Cancer Nanotechnology и  Mathematics .

«Процессы в  клетках крайне сложные, но  если говорить упрощенно, то  вирусы используют различные варианты для размножения. Некоторые доставляют генетический материал непосредственно в  цитоплазму. Другие используют эндоцитозный путь: доставляют вирусный геном, высвобождаясь из  эндосом. Если вирусы задерживаются в  эндосомах, то  там повышается кислотность, и  они гибнут в  лизосомах. Так вот, наша модель позволила выяснить, во-первых, когда и  какие вирусы „сбегают“ из  эндосом, чтобы выжить. Например, некоторые вирусы гриппа  — это вирусы с  низкой pH-зависимостью, они сливаются с  мембраной эндосомы и  высвобождают свой геном в  цитоплазму. Во-вторых, мы  выяснили, что вирусам легче выживать в  эндосомах в  процессе кластеризации, когда две частицы сливаются и  стремятся образовать единую частицу»,  — рассказывает руководитель лаборатории многомасштабного математического моделирования УрФУ Дмитрий Александров.

Как поясняют ученые, математическая модель будет полезна и  в  таргетной терапии опухолей: многие методы лечения рака зависят от  того, когда и  как наночастицы препарата насыщают раковые клетки. И  модель поможет рассчитать в  том числе этот параметр.

Кроме того, понимание поведения вирусов в  клетках важно для разработки вакцин и  лекарств, а  также для генной терапии, с  помощью которой лечат болезни, с  которыми не  справляется традиционная медицина. К  примеру, различные векторы на  основе аденовирусов и  липидные частицы используют в  качестве платформы для доставки генов с  целью лечения заболевания. Но  их  ограниченная возможность «выскальзывать» из  эндосом ограничивает и  их  использование в  качестве доставщиков.

«Наночастицы размером менее 100 нанометров становятся все более важными инструментами в  современной медицине. Их  применение варьируется от  нанодиагностики до  лучевой терапии рака. Так, для адресной доставки противоопухолевых препаратов используют имитирующие вирусы pH-чувствительные наночастицы. Таким образом доставляют лекарства от  целых органов до  отдельных клеток»,  — отмечает профессор прикладной математики Манчестерского университета Сергей Федотов.

Справка

Эндосома  — мембранная внутриклеточная органелла; отвечает за  сортировку и  транспорт белков и  липидов; образуется при слиянии и  созревании эндоцитозных пузырьков. В  процессе созревания эндосома проходит несколько стадий, в  результате чего превращается в  лизосому. Зрелые эндосомы достигают размеров в  300-400  нанометров.