Исследователи из Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН, МФТИ, МГМУ и РУДН в сотрудничестве с коллегами из Испании и Швеции создали математическую модель, которая использует данные о подвижности иммунных Т-клеток, чтобы предсказывать их способность находить и уничтожать зараженные ВИЧ клетки.

Работа опубликована в Frontiers In Immunology.

На математических моделях сегодня изучают работу многих сложных систем — от глобальных рынков и нефтегазовых залежей до белковых молекул. На компьютере можно создать симуляцию и иммунной системы человека и животных. Ее единая модель позволила бы предсказывать действие лекарств до клинических испытаний и детально исследовать ход заболеваний без дополнительных лабораторных экспериментов. Но большинство созданных в иммунологии моделей описывает отдельные процессы, а не систему в целом. В последнем случае необходимо учитывать биологические эффекты на всех уровнях: клеток, органов и организма.

Исследователи, поддержанные грантом Российского научного фонда, построили модель движения Т-лимфоцитов в глубокой коре лимфатического узла. Каждый из более 12 тысяч Т-лимфоцитов движется под влиянием приложенных к нему сил согласно второму закону Ньютона: произведение ускорения на массу тела равно сумме действующих на него сил. Движение клетки зависит как от ее активной внутренней подвижности, так и от взаимодействий с другими клетками, а также от силы трения в вязкой среде лимфоузла. Параметры сил ученые рассчитали из ранее опубликованных иммунологических исследований.

Математическая модель позволила воспроизвести распространение заражения in silico, то есть в компьютерном эксперименте. До того, как зараженные ВИЧ клетки выпускают вирусные частицы, проходит от 18 до 24 часов. Выяснилось, что если 5% от всех Т-лимфоцитов в лимфоузле являются антиген-специфическими к ВИЧ, и их подвижность в норме, то зараженные клетки будут обнаружены меньше чем за 18 часов. Если подвижность лимфоцитов из-за болезни снижена наполовину, то с вероятностью более 50% Т-лимфоциты не успеют остановить распространение вируса.

Результаты означают, что будущие вакцины против ВИЧ должны формировать более чем 5% антиген-специфических к вирусу Т-лимфоцитов и обеспечивать их нормальную подвижность.