Дедалі частіше емпіричні науки поєднуються з абстрактними. Так, щороку частка математики у біології збільшується, дозволяючи проводити експерименти за допомогою комп’ютерних симуляцій та моделювання. Сьогодні такі зусилля зосереджені на боротьбі із ВІЛ, а саме — на створенні вакцини.

Ми вже розповідали, що на варті нашого організму стоїть імунітет, захищаючи його від вірусів та мікробів, які викликають різноманітні захворювання. Ключовий гравець імунної системи – лімфоцит – виробляє антитіла і знищує «неправильні» клітини. Аби лімфоцитам це вдалося якнайкраще, слід забезпечити їм найкоротший шлях до загарбників. У випадку із вірусами велику роль грає час, за який вірусна клітина встигне розмножитися.

Різні лімфоцити працюють із різними мікроорганізмами, яких мільйони. Та все ж вони «тренуються» і виробляють імунітет до певної категорії хвороб. Утім, приблизно півстоліття тому вчені виявили вірус, який вщент руйнує всю імунну систему. Він атакує не конкретні частки організму, а самі лімфоцити. Тож особа, заражена Вірусом імунодефіциту людини, не може протидіяти інфекціям.

Сумісність даних про ВІЛ та математичних моделей поширення вірусу.

1986 року вірус ідентифікували як ВІЛ-1.

Здавалося б, варто зосередити всі зусилля на винайденні вакцини, і проблема розв’яжеться. Утім, попри всебічні дослідження, основними способами боротьби із ВІЛ досі залишаються профілактика та антиретровірусна терапія, спрямована на стримування реплікації вірусу в організмі.

Дослідники шукали розв’язання у першій стадії зараження, коли імунна система ще здатна протидіяти загарбникам. Знаючи принцип її роботи, можна змоделювати противірусну терапію, і на основі терапії створювати вакцину. Ключове завдання такої моделі – знайти оптимальне число «боєздатних» лімфоцитів і розрахувати час прибуття до полігону.

Та суть полягає у принципі руху такої моделі. У крові чи лімфі клітини рухаються власними силами, залучаючи свої механізми. Стикаючись одна з одною, вони або зчіплюються, або відштовхуються і рухаються далі. За великої щільності клітин в організмі їхній рух нерідко буває хаотичним, як на діаграмі.

Моделювання траєкторії руху клітин.

Під час зіткнення між клітинами виникають протилежно спрямовані вектори сили тяжіння та відштовхування, що дозволяють математичним моделям вступити в бій.

Ми можемо отримати добру картинку взаємодії лімфоцитів, додавши до моделі час початку активності вірусу, параметри руху клітин і сили взаємодії між ними. Науковці здобувають ці дані емпірично – себто в реальних умовах. Отримані результати можна проілюструвати як на зображенні нижче. Воно показує умови, за яких лімфоцит встигне знищити заражену клітину, перш ніж вона почне продукувати нові інфекційні одиниці.

Ризик розвитку ВІЛ залежно від концентрації лімфоцитів.

Згідно з діаграмою, якщо частка спрямованих лімфоцитів більша за 5%, то імунна система впорається з вірусом за кілька годин, придушивши початкову стадію захворювання. Згідно з цими даними й розробляються сучасні прототипи вакцин проти ВІЛ.

Загалом, математичні моделі дозволяють краще зрозуміти шлях розв’язання проблеми тільки за умови детальнішого опису процесу. Інакше кажучи, для побудови ефективного алгоритму замало лише квантового комп’ютера. Сьогоднішня медицина використовує багато моделей, відповідно до завдань і обставин. Рівень їхньої точності вже дозволяє фокусуватися не лише на ВІЛ, але й на туберкульозі. Добра новина у тому, що, здобувши якість вакцини, технології легко спроєктують її на кількість, вчергове послуживши людству.

Підтримайте Токар
50 грн.

10% середньостатистичної статті,
або ж пів дня роботи нашого сервера

Підтримати
Ось вона, нагода стати причетним до розвитку незалежних медіа!
Коменти