图片:这项研究是由乌尔福大学的Dmitri Alexandrov教授领导的。

来自乌拉尔联邦大学(UrFU)的物理学家和数学家创建了一个复杂的数学模型，计算纳米颗粒(特别是病毒)在活细胞中的分布。该数学模型有助于发现纳米颗粒如何在细胞内聚集(合并成单个粒子)，即细胞内小体，细胞内小体负责蛋白质和脂质的分类和运输。这些计算将对医疗用途很有用，因为一方面，它们显示了病毒进入细胞并试图复制时的行为。另一方面，该模型可以精确计算治疗所需的药量，使治疗尽可能有效，副作用最小。该模型的描述和计算结果，科学家发表在《晶体.

“细胞中的过程极其复杂，但简单地说，病毒使用不同的变体繁殖。其中一些直接将遗传物质传递到细胞质中。其他的则使用内吞作用途径:它们通过从核内体释放病毒基因组来传递病毒基因组。如果病毒逗留在核内体中，酸度增加，它们就会在溶酶体中死亡，”乌尔夫大学多尺度数学建模实验室主任Dmitri Alexandrov说。“因此，我们的模型首先可以发现，什么时候以及哪些病毒为了生存而从核内体“逃脱”。例如，有些流感病毒是低ph依赖病毒;它们与核内体膜融合，并将基因组释放到细胞质中。其次，我们发现，当两个粒子合并并倾向于形成单个粒子时，病毒在聚集过程中更容易在核内体中存活。”

正如科学家解释的那样，这个数学模型在肿瘤靶向治疗中也很有用:许多癌症治疗取决于药物纳米颗粒何时以及如何饱和癌细胞。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疫苗和药物的开发以及基因疗法都很重要，基因疗法可以治疗传统医学无法应对的疾病。例如，各种基于腺病毒的载体和脂质颗粒被用作治疗疾病的基因传递平台。但它们“滑出”核内体的能力有限，也限制了它们作为传递体的作用。

“小于100纳米的纳米粒子正在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敏感纳米颗粒被用于靶向递送抗肿瘤药物。这就是药物从整个器官输送到单个细胞的方式，”生物系统中纳米颗粒随机运输实验室(UrFU)负责人Eugenya Makoveeva说。