Dinámica de nanopartículas celulares dentro de la sangre

Estoy tratando de modelar matemáticamente la dinámica de una célula particular en circulación y su unión a otra nanopartícula que se inyecta por vía intravenosa. La concentración de esta célula es muy baja (alrededor de 5 células por ml de sangre). Quiero ver cuántas nanopartículas se necesitan para unirse a la mayor cantidad posible de estas células raras.

Primero, estoy tratando de modelar la dinámica celular en el flujo sanguíneo. No estoy seguro de cómo empezar. Quería modelar el movimiento celular a través de todo el sistema cardiovascular, pero tendría que simplificarlo. Estoy pensando en modelar el flujo de sangre a través de algunos de los principales sistemas de órganos y estimar la absorción a través de los capilares. Estoy pensando en algo así como el modelo farmacocinético basado en la fisiología (PBPK). Sin embargo, habría algunos parámetros que no conocería y que necesitaría para el modelo (al menos eso es lo que creo, soy nuevo en farmacocinética) También para la dinámica de fluidos real, no estoy seguro de cómo modele esto, porque la sangre no es solo un fluido y tiene muchas otras células, así que no sé si hay otros efectos.

Entonces, mi pregunta es, ¿en qué dirección debo ir para modelar la dinámica de esta celda en circulación? Quiero modelar la circulación en todo el sistema cardiovascular, porque también necesito modelar la dinámica de otras nanopartículas y la probabilidad de que encuentre y se una a algunos de los receptores de la célula. ¿Hay algún ejemplo de un modelo similar que se haya hecho?

No estoy muy bien informado en este campo, pero lo he encontrado una o dos veces en mi trabajo haciendo estudios de farmacocinética/farmacodinámica (PK/PD) en moléculas grandes y pequeñas. Que yo sepa, debería haber estudios publicados existentes sobre el modelado de la circulación de células en la sangre. Si bien tiene razón en que la sangre en sí misma es un fluido complejo no newtoniano, su física ya está bastante bien establecida. Las nanopartículas también se están volviendo cada vez más comunes, por lo que es de esperar que también pueda encontrar varios informes publicados sobre su modelado y luego juntarlos.
Por lo tanto, debería poder determinar con bastante precisión la dispersión de su tipo de célula de interés, así como las nanopartículas, luego solo es cuestión de calcular la probabilidad de que se encuentren y la avidez necesaria para que se unan, digamos, por ejemplo, que la nanopartícula tiene un scFv específico del receptor recubierto en su superficie, y la densidad del receptor correspondiente en su célula objetivo es tal o cual, y la Pk de unión es tantos nM o pM o lo que sea. ¡Buena suerte, no soy un tipo de matemáticas (solo me ocupo de la biología)!
Esta pregunta está un poco basada en la opinión y lo más probable es que se suspenda por eso. Sin embargo, esta es mi sugerencia. Comience con el modelo más simple y agregue complejidades si el modelo es insuficiente. No empiece modelando el flujo sanguíneo: entrará en PDE, que son más complicadas que las ODE. Comience con la suposición de que el torrente sanguíneo es un vaso bien mezclado. Puede considerar diferentes órganos como compartimentos con diferentes volúmenes (en función de lo vascularizados que estén).
@WYSIWYG, ¿en qué sentido se basa en opiniones? Solo hay 2-3 modelos posibles que se han hecho previamente. Entonces, podría estar un poco basado en la opinión, pero ¿es realmente malo que se suspenda?
No estoy diciendo que definitivamente se suspenderá. Pero diferentes personas tendrían diferentes sugerencias sobre cómo modelar un determinado sistema. Técnicamente, hay infinitas formas de modelar algo. Si su pregunta es explícitamente sobre la solicitud de referencia (modelos anteriores, etc.), entonces está bien; puede agregar la etiqueta correspondiente y mencionar claramente que está buscando referencias.

Respuestas (1)

Para ir a la ruta PBPK:

Recomendaría usar los parámetros y la estructura del organismo del modelo de plataforma de cuerpo completo de Shah y Betts.

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

Han asignado un volumen de espacio de plasma, flujo de plasma, volumen de espacio de células sanguíneas y flujo de células sanguíneas para cada órgano y el cuerpo total. La estructura del modelo base para la circulación está completa si usa las ecuaciones para el espacio de células sanguíneas en este documento como base (ecuación 2 y ecuación 5).

Una vez que se completa la estructura del modelo, el paso 2 es modelar todos los procesos que pueden afectar la celda en cada compartimento. Si la célula se adhiere a una nanopartícula, una ecuación de compartimiento podría ser:

d[celda]/dt = (flujo de entrada - flujo de salida)/volumen + Kon x [nano] x [celda] - Koff x [complejo celda-nano]

Para modelar la interacción de la célula con la nanopartícula, deberá modelar ambas dentro de la misma estructura. Puede encontrar una revisión del modelado PBPK para nanopartículas aquí:

  • Modelado farmacocinético basado en la fisiología de nanopartículas Mingguang Li, Khuloud T. Al-Jamal, Kostas Kostarelos y Joshua Reineke ACS Nano 2010 4 (11), 6303-6317 doi: 10.1021/nn1018818

Un modelo farmacocinético (de arriba hacia abajo, clásico) para nanopartículas en el sistema circulatorio también puede dar una idea de cómo modelar los procesos que afectan a las nanopartículas in vivo . Este modelo tiene en cuenta la dinámica de fluidos, el tamaño de los poros y las propiedades específicas de las nanopartículas.

  • Kirtane, AR, Siegel, RA y Panyam, J. (2015), Un modelo farmacocinético para cuantificar el efecto de la permeabilidad vascular en la elección del portador de fármacos: un marco para la nanomedicina personalizada. J. Pharm. Sci., 104: 1174–1186. doi:10.1002/jps.24302
No entiendo la ecuación del compartimento. ¿No sería uno para cada órgano, modelando la concentración y el flujo de la célula dentro y fuera del órgano? Planeo mantener el modelo simple y asumir que no hay efectos importantes en la célula, en términos de crecimiento y eliminación. Sin embargo, tal vez la eliminación de la nanopartícula por respuesta inmune podría ser importante.
Tienes razón. Las palabras "compartimento" y "órgano" son intercambiables. Cada órgano se modela como un compartimento.
¿Puedes explicar completamente la ecuación diferencial que escribiste? Además, ¿qué parámetros necesito saber sobre la nanopartícula y la célula? ¿Dónde puedo encontrar una buena introducción al modelado PBPK?
¿Qué modela Kon y Koff?
Kon es la constante de velocidad utilizada para calcular la velocidad a la que la nanopartícula y la célula se adhieren, proporcional a la concentración de cada una. El término [Kon x nano x celda] le da una tasa en mol/tiempo de complejos de nanocélulas que se forman. Koff es la constante de velocidad inversa. en.wikipedia.org/wiki/Binding_constant
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