Físicos y matemáticos de la Universidad Federal de los Urales (UrFU) han creado un modelo matemático complejo que calcula la distribución de nanopartículas (en particular, virus) en células vivas. El modelo matemático ayuda a encontrar cómo las nanopartículas se agrupan (se fusionan en una sola partícula) dentro de las células, es decir, en los endosomas celulares, que son responsables de clasificar y transportar proteínas y lípidos.

Estos cálculos serán útiles para fines médicos porque muestran el comportamiento de los virus cuando ingresan a las células y buscan replicarse. El modelo también permite el cálculo preciso de la cantidad de medicación necesaria para la terapia para garantizar que el tratamiento sea lo más eficaz posible y con efectos secundarios mínimos. La descripción del modelo y los resultados de los cálculos se publicaron en la revista Crystals .

“Los procesos en las células son extremadamente complejos, pero en palabras simples, los virus usan diferentes variantes para reproducirse. Algunos de ellos entregan el material genético directamente al citoplasma. Otros usan la vía de la endocitosis:entregan el genoma viral al liberarlo del endosomas Si los virus permanecen en los endosomas, la acidez aumenta y mueren en los lisosomas ", dice Dmitri Alexandrov, Jefe del Laboratorio de Modelado Matemático Multiescala en UrFU.

“Entonces, nuestro modelo ha permitido averiguar, en primer lugar, cuándo y qué virus 'escapan' de los endosomas para poder sobrevivir. Por ejemplo, algunos virus de la gripe son virus dependientes del pH bajo; se fusionan con la membrana del endosoma y liberan su genoma en el citoplasma. En segundo lugar, descubrimos que es más fácil para los virus sobrevivir en los endosomas durante la agrupación, cuando dos partículas se fusionan y tienden a formar una sola partícula".

Como explican los científicos, el modelo matemático también será útil en la terapia dirigida a tumores:muchas terapias contra el cáncer dependen de cuándo y cómo las nanopartículas de un fármaco saturan las células cancerosas. Y el modelo ayudará a calcular este parámetro.

Además, comprender el comportamiento de los virus en las células es importante para el desarrollo de vacunas y fármacos, así como para la terapia génica, que trata enfermedades que la medicina convencional no puede tratar. Por ejemplo, varios vectores basados ​​en adenovirus y partículas lipídicas se utilizan como plataforma para la administración de genes para tratar la enfermedad. Pero su capacidad limitada para "escapar" de los endosomas también limita su uso como dispensadores.

"Las nanopartículas de menos de 100 nanómetros se están convirtiendo en herramientas cada vez más importantes en la medicina moderna. Sus aplicaciones van desde el nanodiagnóstico hasta la radioterapia para el cáncer. Por ejemplo, las nanopartículas sensibles al pH que imitan a los virus se utilizan para la administración dirigida de medicamentos antitumorales. Así es como se administran los medicamentos desde órganos completos hasta células individuales", dice Eugenya Makoveeva, directora del Laboratorio de Transporte Estocástico de Nanopartículas en Sistemas Vivos (UrFU). + Explora más

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