东方时讯网乌拉尔联邦大学(UrFU)的物理学家和数学家创建了一个复杂的数学模型，可以计算活细胞中纳米颗粒(特别是病毒)的分布。该数学模型有助于发现纳米粒子如何在细胞内聚集(合并成单个粒子)，即在负责分类和运输蛋白质和脂质的细胞内体中。
这些计算将用于医学目的，因为它们显示了病毒进入细胞并寻求复制时的行为。该模型还允许准确计算治疗所需的药物量，以确保治疗尽可能有效且副作用最小。模型描述和计算结果发表在《水晶》杂志上。
“细胞中的过程极其复杂，但简而言之，病毒使用不同的变体进行繁殖。其中一些将遗传物质直接传递到细胞质。另一些则使用内吞途径：它们通过从细胞中释放病毒基因组来传递病毒基因组。UrFU多尺度数学建模实验室负责人DmitriAlexandrov说，如果病毒在内体中逗留，酸度会增加，它们会在溶酶体中死亡。
“因此，我们的模型首先可以找出哪些病毒从内体‘逃逸’以生存。例如，一些流感病毒是低pH依赖性病毒;它们与内体膜融合并释放其基因组“进入细胞质。其次，我们发现当两个粒子合并并倾向于形成单个粒子时，病毒更容易在聚集过程中在内体中存活。”
正如科学家们解释的那样，该数学模型也将用于肿瘤靶向治疗：许多癌症治疗取决于药物纳米颗粒何时以及如何使癌细胞饱和。该模型将有助于计算该参数。
此外，了解病毒在细胞中的行为对于疫苗和药物的开发以及基因治疗(治疗传统医学无法应对的疾病)也很重要。例如，各种基于腺病毒的载体和脂质颗粒被用作基因传递的平台来治疗疾病。但它们从内体“滑出”的有限能力也限制了它们作为递送者的用途。
“小于100纳米的纳米粒子正成为现代医学中越来越重要的工具。它的应用范围从纳米诊断到癌症的放射治疗。例如，模拟病毒的pH敏感纳米粒子被用于靶向递送抗肿瘤药物。这就是药物的递送方式从整个器官到单个细胞，”生命系统中纳米粒子随机传输实验室(UrFU)EugenyaMakoveeva的负责人说。