Математики разрабатывают модель движения иммунных клеток

Математики из университета RUDN разработали вычислительную модель, которая позволяет прогнозировать подвижность Т-лимфоцитов, иммунных клеток, которые распознают и уничтожают вирусы. Модель поможет в лечении расстройств иммунной системы, в том числе тех, которые могут привести к раку, и в разработке вакцин против ВИЧ. Исследование было опубликовано в Границы в иммунологии,

Антитела к ВИЧ-инфекции появляются в организме примерно через месяц после заражения. До этого вирус иммунодефицита может свободно циркулировать и размножаться в организме. Вакцина должна вызывать иммунные реакции на ранней стадии, когда вирус еще может быть уничтожен или его размножение эффективно сдерживается. Чтобы эффективно бороться с вирусами, Т-лимфоциты должны найти инфицированные клетки в течение 18 часов после того, как они попадают в организм, до того момента, когда вирусные частицы высвобождаются из инфицированных клеток и распространяются.

Чтобы создать вакцину, необходимо узнать, как движутся Т-лимфоциты и как они обнаруживают инфицированные вирусом клетки. Виталий Вольперт, руководитель Междисциплинарного центра математического моделирования в биомедицине Университета РУДН, и его коллеги создали компьютерную модель движения иммунных клеток, чтобы выяснить это.

Иммунологи знают, что Т-лимфоциты перемещаются в межклеточном пространстве в поисках клеток-мишеней, то есть раковых клеток или клеток, зараженных вирусом. Чтобы понять, как они это делают, математики Университета РУДН создали компьютерную модель движения Т-лимфоцитов.

Обычно условия, при которых клетки существуют в организме, и законы физики, которые управляют ими, принимаются во внимание при моделировании клеточных процессов. Математики из университета RUDN также использовали, среди прочего, реальные экспериментальные данные о подвижности Т-клеток в своей модели. Кроме того, модель учитывает взаимодействие Т-клеток с другими клетками иммунной системы: дендритными клетками постоянного тока, которые активируют иммунная реакцияCD4-хелперные клетки и CD8-эффекторные клетки, которые разрушают инфицированные клетки. Чтобы определить, как повысить эффективность иммунного ответа, математики Университета РУДН продолжали изменять параметры модели, регулируя «частоту» различных типов иммунных клеток, то есть, например, долю каждого типа в популяции. доля цитотоксических Т-лимфоцитов, которые «специализируются» на поиске клеток, инфицированных ВИЧ.

Математическое моделирование показало, что 5% частоты антигенспецифических цитотоксических Т-клеток ВИЧ достаточно для выявления инфицированных клеток в течение 18 часов, прежде чем частицы вируса ВИЧ высвобождаются из инфицированных клеток. Если доля цитотоксических Т-лимфоцитов увеличивается с 0,04% до 5%, модель показывает, что вероятность выявления ВИЧ-инфицированных ячейки в течение 24 часов также увеличивается примерно в пять раз, с 7% до 34% и между 84% и 100%.

Результаты будут способствовать созданию вакцин против ВИЧ, лекарств для аутоиммунные заболевания и другие нарушения, связанные с дисфункциями иммунной системы. модель помогает прогнозировать эффективность иммунного ответа, определяет, какие характеристики поведения иммунные клетки помочь им остановить развитие болезни и определить условия, при которых организм может бороться с инфекцией, прежде чем вирус начнет интенсивно размножаться.