Математики выяснили, сколько иммунных клеток нужно для защиты от ВИЧ

Ученые из России и ряда зарубежных научных центров создали компьютерную модель, позволяющую предсказывать вероятность заражения ВИЧ по тому, как много "правильных" Т-клеток присутствует рядом с точкой проникновения вируса. Их выводы были опубликованы в журнале Frontiers In Immunology.

"Мы впервые смогли предсказать, как много Т-клеток, нацеленных на уничтожение ВИЧ, необходимо для того, чтобы остановить распространение вируса. Как и любая модель, наша методика не учитывает многих других факторов, но позволяет определить минимальные требования, которые должны учитываться при разработке вакцин от ВИЧ", — рассказывает Геннадий Бочаров из Института вычислительной математики РАН.

"Мы впервые смогли предсказать, как много Т-клеток, нацеленных на уничтожение ВИЧ, необходимо для того, чтобы остановить распространение вируса. Как и любая модель, наша методика не учитывает многих других факторов, но позволяет определить минимальные требования, которые должны учитываться при разработке вакцин от ВИЧ", — рассказывает Геннадий Бочаров из Института вычислительной математики РАН.

Через 3-4 года после заражения ВИЧ иммунная система человека часто начинает синтезировать так называемые антитела широкого профиля действия (bnAbs), способные нейтрализовать сразу несколько разновидностей вируса. Это мало в чем помогает организму, так как вирус к этому времени уже успеет глубоко проникнуть во все ткани тела и перейти в хроническую стадию, а иммунитет необратимо ослабевает.

Соответственно, как сейчас предполагают многие медики, эту проблему можно преодолеть, если "надрессировать" иммунные клетки производить подобные антитела намного раньше, чем наступит подобное истощение, и превентивно ввести их в организм, или "научить" уже существующие Т-клетки бороться с вирусом на первых стадиях заражения.

Бочаров и его коллеги задумались о том, от чего зависит успешное отражение подобных вирусных атак. Для ответа на этот вопрос ученые создали компьютерную модель лимфатического узла – главного и первого "бастиона" иммунной системы в борьбе с ВИЧ и другими патогенами.

Они представляют собой небольшие органы яйцеобразной формы, заполненные пористой соединительной тканью, а также большим числом различных иммунных телец, в том числе Т-лимфоцитов, распознающих инфекции, и В-лимфоцитов, своеобразные "фабрики антител".

Когда в организм проникает вирус, часть зараженных клеток или сами частицы патогенов попадают сюда вместе с лимфой. Если они не знакомы иммунитету, то Т-клетки попытаются выделить их важнейшие опознавательные знаки и начать производство антител. В том случае, если они уже раньше проникали в организм, лимфоциты могут немедленно опознать зараженные клетки и начать очистку тела от инфекции.

В подобном случае, скорость реакции организма будет зависеть от того, как быстро частицы ВИЧ или носители вируса окажутся внутри лимфатических узлов и как быстро они столкнутся с теми Т-клетками, которые уже знают о его существовании. Соответственно, число подобных лимфоцитов и характер их движения по этим органам будет напрямую влиять на то, как много времени пройдет между заражением и иммунным ответом.

Почему это важно? Дело в том, что клетки, куда ВИЧ уже успел проникнуть, начинают вырабатывать новые вирусные частицы далеко не сразу, а примерно через 18-24 часа. Соответственно, если иммунитет успеет локализовать и уничтожить зараженные клетки за это время, инфекция будет остановлена, а в противном случае начнется "гонка вооружений", в которой почти всегда побеждает вирус.

Бочаров и его команда вычислили минимальное число клеток, необходимое для решения этой задачи, а также раскрыли одно из главных препятствий для создания будущих вакцин от ВИЧ, используя детальную компьютерную модель лимфоузла.

Как отмечает пресс-служба Российского научного фонда, поддерживавшего работу российских исследователей, эта модель учитывала все физические особенности устройства этих органов и была построена на базе результатов реальных наблюдений за тем, как движутся Т-клетки в теле человека.

Первые же эксперименты с этой виртуальной копией лимфатического узла указали на то, что быстрое отражение вирусных атак потребует от организма или вакцин двух вещей. С одной стороны, примерно 5% клеток, обитающих в этих органах, должно "знать" о существовании ВИЧ и уметь бороться с ним. Это достаточно большой, но достижимый показатель.

С другой стороны, эффективность их работы, как обнаружили ученые, будет очень сильно зависеть от того, как будет реагировать соединительная ткань самих лимфоузлов на появление зараженных клеток внутри них. Если она будет разрастаться, как это происходит с данными органами при переходе вируса в хроническую стадию, то скорость движения Т-клеток может снизиться примерно наполовину.

В результате этого эффективность их работы заметно снизится, и лимфоциты будут подавлять инфекцию еще до того, как зараженные клетки успеют произвести первую партию новых частиц вируса, лишь в половине случаев. Это, как отмечают исследователи, следует учитывать всем разработчикам вакцин от ВИЧ и также других вирусов, а также создателям иммунотерапий от рака.

Источник