Fysiker och matematiker från Ural Federal University (UrFU) har skapat en komplex matematisk modell som beräknar fördelningen av nanopartiklar (särskilt virus) i levande celler. Den matematiska modellen hjälper till att hitta hur nanopartiklarna klungar ihop sig (sammanslagna till en enda partikel) inuti celler, nämligen i cellulära endosomer, som är ansvariga för att sortera och transportera proteiner och lipider.

Dessa beräkningar kommer att vara användbara för medicinska ändamål eftersom de visar beteendet hos virus när de går in i celler och försöker replikera. Modellen möjliggör också noggrann beräkning av mängden medicin som behövs för terapin för att säkerställa att behandlingen är så effektiv som möjligt och med minimala biverkningar. Modellbeskrivningen och resultaten av beräkningar publicerades i tidskriften Crystals .

"Processerna i celler är extremt komplexa, men i enkla ord använder virusen olika varianter för att reproducera sig. Vissa av dem levererar det genetiska materialet direkt till cytoplasman. Andra använder endocytosvägen:de levererar det virala genomet genom att frigöra det från endosomer. Om virus dröjer kvar i endosomerna ökar surheten och de dör i lysosomerna", säger Dmitri Alexandrov, chef för Laboratory of Multiscale Mathematical Modeling vid UrFU.

"Så, vår modell har gjort det möjligt att först ta reda på när och vilka virus "flyr" från endosomer för att överleva. Till exempel är vissa influensavirus låg-pH-beroende virus; de smälter samman med endosommembranet och frigör sitt genom in i cytoplasman. För det andra fann vi att det är lättare för virus att överleva i endosomer under klustring, när två partiklar går samman och tenderar att bilda en enda partikel."

Som forskarna förklarar kommer den matematiska modellen också att vara användbar i terapi för tumörinriktning:många cancerterapier beror på när och hur nanopartiklar i ett läkemedel mättar cancerceller. Och modellen kommer att hjälpa till att beräkna denna parameter.

Att förstå virusens beteende i celler är dessutom viktigt för utvecklingen av vacciner och läkemedel, samt för genterapi, som behandlar sjukdomar som konventionell medicin inte kan hantera. Till exempel används olika adenovirus-baserade vektorer och lipidpartiklar som en plattform för genleverans för att behandla sjukdomen. Men deras begränsade förmåga att "glida ut" ur endosomerna begränsar också deras användning som förlossare.

"Nanopartiklar mindre än 100 nanometer blir allt viktigare verktyg i modern medicin. Dess tillämpningar sträcker sig från nanodiagnostik till strålbehandling för cancer. Till exempel används pH-känsliga nanopartiklar som härmar virus för riktad leverans av antitumörläkemedel. Det är så läkemedel levereras från hela organ till enskilda celler", säger chefen för laboratoriet för stokastisk transport av nanopartiklar i levande system (UrFU) Eugenya Makoveeva. + Utforska vidare

Influensavirusskal kan förbättra leveransen av mRNA till celler