Динамика клеточных наночастиц в крови

Я пытаюсь математически смоделировать динамику конкретной клетки в кровотоке и ее связывание с другой наночастицей, которую вводят внутривенно. Концентрация этой клетки очень низкая (около 5 клеток на мл крови). Я хочу посмотреть, сколько нужно наночастиц, чтобы связать как можно больше этих редких клеток.

Итак, сначала я пытаюсь смоделировать динамику клеток в кровотоке. Я не уверен, как начать. Я хотел смоделировать движение клеток по всей сердечно-сосудистой системе, но мне пришлось это упростить. Я думаю о моделировании кровотока через некоторые основные системы органов и оценке всасывания через капилляры. Я думаю о чем-то вроде физиологически обоснованной фармакокинетической модели (PBPK). Тем не менее, были бы некоторые параметры, о которых я не знал бы, которые мне понадобятся для модели (по крайней мере, я так думаю, я новичок в фармакокинетике). Также для фактической гидродинамики я не уверен, как смоделируйте это, потому что кровь - это не просто жидкость, в ней много других клеток, поэтому я не знаю, есть ли какие-то другие эффекты.

Итак, мой вопрос в том, в каком направлении я должен двигаться, чтобы смоделировать динамику этой клетки в обращении? Я хочу смоделировать кровообращение во всей сердечно-сосудистой системе, потому что мне нужно также смоделировать другую динамику наночастиц и вероятность того, что они найдут и свяжутся с некоторыми рецепторами на клетке. Есть ли пример подобной модели, которая была сделана?

Я не очень хорошо разбираюсь в этой области, но я сталкивался с этим один или два раза в своей работе, проводя исследования фармакокинетики/фармакодинамики (ФК/ФД) как на больших, так и на малых молекулах. Насколько мне известно, должны существовать опубликованные исследования по моделированию циркуляции клеток в крови. Хотя вы правы в том, что кровь сама по себе является сложной неньютоновской жидкостью, ее физика к настоящему времени довольно хорошо установлена. Наночастицы также становятся все более и более распространенными, поэтому, надеюсь, вы сможете найти несколько опубликованных отчетов по их моделированию, а затем соединить их вместе.
Таким образом, вы должны быть достаточно точно в состоянии определить дисперсию интересующего вас типа клеток, а также наночастиц, тогда это просто вопрос расчета вероятности их встречи и авидности, необходимой для их связывания - скажем, например, что наночастица имеет специфический для рецептора scFv, нанесенный на ее поверхность, и коррелирующая плотность рецептора на вашей клетке-мишени такая-то и такая-то, а Pk связывания составляет столько-то нМ или пМ или что-то еще. Удачи, я не математик (я просто занимаюсь биологией)!
Этот вопрос немного основан на мнении и, скорее всего, будет отложен из-за этого. Тем не менее, это мое предложение. Начните с самой простой модели и добавляйте сложности, если модели недостаточно. Не начинайте с моделирования кровотока: вы получите PDE, которые сложнее, чем ODE. Начните с предположения, что кровоток представляет собой хорошо перемешанный сосуд. Вы можете рассматривать разные органы как компартменты с разным объемом (в зависимости от того, насколько они васкуляризированы).
@WYSIWYG в каком смысле основан на мнении? Есть только 2-3 возможные модели, которые были сделаны ранее. Итак, это может быть немного основано на мнении, но действительно ли плохо, что это будет отложено?
Я не говорю, что он обязательно будет отложен. Но у разных людей будут разные предложения о том, как смоделировать определенную систему. Технически существует бесконечное количество способов смоделировать что-либо. Если ваш вопрос явно касается справочного запроса (предыдущие модели и т. д.), тогда все в порядке; вы можете добавить соответствующий тег и четко указать, что вы ищете ссылки.

Ответы (1)

Чтобы пройти маршрут ПБПК:

Я бы рекомендовал использовать параметры и структуру организма из платформенной модели всего тела Шаха и Беттс.

  • Shah, DK & Betts, AM J Pharmacokinet Pharmacodyn (2012) 39: 67. doi:10.1007/s10928-011-9232-2

Они определили объем пространства плазмы, поток плазмы, объем пространства клеток крови и поток клеток крови для каждого органа и всего тела. Структура базовой модели для кровообращения завершена, если вы используете уравнения для пространства клеток крови в этой статье в качестве основы (уравнение 2 и уравнение 5).

Как только структура модели завершена, шаг 2 заключается в моделировании всех процессов, которые могут повлиять на клетку в каждом отсеке. Если клетка прилипает к наночастице, уравнение компартмента может быть таким:

d[ячейка]/dt = (приток - отток)/объем + Kon x [нано] x [ячейка] - Koff x [клетка-нанокомплекс]

Чтобы смоделировать взаимодействие клетки с наночастицей, вам нужно смоделировать и то, и другое в рамках одной и той же структуры. Обзор моделирования PBPK для наночастиц можно найти здесь:

  • Физиологически обоснованное фармакокинетическое моделирование наночастиц Минггуан Ли, Хулуд Т. Аль-Джамал, Костас Костарелос и Джошуа Рейнеке ACS Nano 2010 4 (11), 6303-6317 doi: 10.1021/nn1018818

Фармакокинетическая (классическая) модель наночастиц в системе кровообращения также может дать представление о том, как моделировать процессы, влияющие на наночастицы in vivo . Эта модель учитывает гидродинамику, размер пор и специфические свойства наночастиц.

  • Киртане, А.Р., Сигель, Р.А. и Паньям, Дж. (2015), Фармакокинетическая модель для количественной оценки влияния проницаемости сосудов на выбор носителя лекарств: основа для персонализированной наномедицины. Дж. Фарм. наук, 104: 1174–1186. дои: 10.1002/jps.24302
Я не понимаю уравнения купе. Разве это не было бы по одной для каждого органа, моделирующей концентрацию и поток клеток в орган и из него? Я планирую сделать модель простой и предполагать, что на клетку не оказывается серьезного воздействия с точки зрения роста и элиминации. Однако, возможно, удаление наночастицы иммунным ответом может иметь важное значение.
Ты прав. Слова «компартмент» и «орган» взаимозаменяемы. Каждый орган моделируется как компартмент.
Можете ли вы полностью объяснить дифференциальное уравнение, которое вы записали? Также какие параметры мне нужно знать о наночастице и клетке? Где я могу найти хорошее введение в моделирование PBPK?
Что моделирует Кон и Кофф?
Kon — константа скорости, используемая для расчета скорости сцепления наночастицы и клетки, пропорциональная концентрации каждой из них. Термин [Kon x nano x cell] дает вам скорость образования комплексов наноклеток в моль/время. Koff – константа обратной скорости. en.wikipedia.org/wiki/Binding_constant
Динамика клеточных наночастиц в крови
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v