Fisici e matematici dell'Università Federale degli Urali (UrFU) hanno creato un modello matematico complesso che calcola la distribuzione delle nanoparticelle (in particolare dei virus) nelle cellule viventi. Il modello matematico aiuta a trovare come le nanoparticelle si raggruppano (si fondono in una singola particella) all'interno delle cellule, in particolare negli endosomi cellulari, che sono responsabili della selezione e del trasporto di proteine ​​e lipidi.

Questi calcoli saranno utili per scopi medici perché mostrano il comportamento dei virus quando entrano nelle cellule e cercano di replicarsi. Il modello consente anche il calcolo accurato della quantità di farmaci necessaria per la terapia per garantire che il trattamento sia il più efficace possibile e con effetti collaterali minimi. La descrizione del modello ei risultati dei calcoli sono stati pubblicati sulla rivista Crystals .

"I processi nelle cellule sono estremamente complessi, ma in parole semplici, i virus utilizzano diverse varianti per riprodursi. Alcuni di essi consegnano il materiale genetico direttamente al citoplasma. Altri utilizzano la via dell'endocitosi:rilasciano il genoma virale rilasciandolo dal endosomi Se i virus indugiano negli endosomi, l'acidità aumenta e muoiono nei lisosomi", afferma Dmitri Alexandrov, capo del Laboratorio di modellazione matematica multiscala presso UrFU.

"Quindi, il nostro modello ha permesso di scoprire, in primo luogo, quando e quali virus 'fuggono' dagli endosomi per sopravvivere. Ad esempio, alcuni virus dell'influenza sono virus dipendenti dal pH basso; si fondono con la membrana dell'endosoma e rilasciano il loro genoma nel citoplasma. In secondo luogo, abbiamo scoperto che è più facile per i virus sopravvivere negli endosomi durante il raggruppamento, quando due particelle si fondono e tendono a formare una singola particella."

Come spiegano gli scienziati, il modello matematico sarà utile anche nella terapia mirata al tumore:molte terapie contro il cancro dipendono da quando e come le nanoparticelle di un farmaco saturano le cellule tumorali. E il modello aiuterà a calcolare questo parametro.

Inoltre, la comprensione del comportamento dei virus nelle cellule è importante per lo sviluppo di vaccini e farmaci, nonché per la terapia genica, che tratta malattie che la medicina convenzionale non è in grado di affrontare. Ad esempio, vari vettori basati su adenovirus e particelle lipidiche vengono utilizzati come piattaforma per il rilascio di geni per il trattamento della malattia. Ma la loro limitata capacità di "scivolare fuori" dagli endosomi ne limita anche l'uso come liberatori.

"Le nanoparticelle di dimensioni inferiori a 100 nanometri stanno diventando strumenti sempre più importanti nella medicina moderna. Le sue applicazioni vanno dalla nanodiagnostica alla radioterapia per il cancro. Ad esempio, le nanoparticelle sensibili al pH che imitano i virus vengono utilizzate per la somministrazione mirata di farmaci antitumorali. Ecco come vengono somministrati i farmaci dagli organi interi alle singole cellule", afferma Eugenya Makoveeva, capo del Laboratorio di trasporto stocastico di nanoparticelle nei sistemi viventi (UrFU). + Esplora ulteriormente

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