圖片:這項研究是由烏爾福大學的Dmitri Alexandrov教授領導的。

來自烏拉爾聯邦大學(UrFU)的物理學家和數學家創建了一個復雜的數學模型，計算納米顆粒(特別是病毒)在活細胞中的分布。該數學模型有助于發現納米顆粒如何在細胞內聚集(合并成單個粒子)，即細胞內小體，細胞內小體負責蛋白質和脂質的分類和運輸。這些計算將對醫療用途很有用，因為一方面，它們顯示了病毒進入細胞并試圖復制時的行為。另一方面，該模型可以精確計算治療所需的藥量，使治療盡可能有效，副作用最小。該模型的描述和計算結果，科學家發表在《晶體.

“細胞中的過程極其復雜，但簡單地說，病毒使用不同的變體繁殖。其中一些直接將遺傳物質傳遞到細胞質中。其他的則使用內吞作用途徑:它們通過從核內體釋放病毒基因組來傳遞病毒基因組。如果病毒逗留在核內體中，酸度增加，它們就會在溶酶體中死亡，”烏爾夫大學多尺度數學建模實驗室主任Dmitri Alexandrov說。“因此，我們的模型首先可以發現，什么時候以及哪些病毒為了生存而從核內體“逃脫”。例如，有些流感病毒是低ph依賴病毒;它們與核內體膜融合，并將基因組釋放到細胞質中。其次，我們發現，當兩個粒子合并并傾向于形成單個粒子時，病毒在聚集過程中更容易在核內體中存活。”

正如科學家解釋的那樣，這個數學模型在腫瘤靶向治療中也很有用:許多癌癥治療取決于藥物納米顆粒何時以及如何飽和癌細胞。該模型將有助于計算該參數。

此外，了解病毒在細胞中的行為對疫苗和藥物的開發以及基因療法都很重要，基因療法可以治療傳統醫學無法應對的疾病。例如，各種基于腺病毒的載體和脂質顆粒被用作治療疾病的基因傳遞平臺。但它們“滑出”核內體的能力有限，也限制了它們作為傳遞體的作用。

“小于100納米的納米粒子正在成為現代醫學中越來越重要的工具。它的應用范圍從納米診斷到癌癥的放射治療。例如，模擬病毒的ph敏感納米顆粒被用于靶向遞送抗腫瘤藥物。這就是藥物從整個器官輸送到單個細胞的方式，”生物系統中納米顆粒隨機運輸實驗室(UrFU)負責人Eugenya Makoveeva說。