Picchi di infezioni latenti: Analisi matematica di blip virali

Giugno 11, 2016 Admin Salute 0 45
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Infezioni ricorrenti è una caratteristica comune di malattie virali persistenti. Esso comprende episodi di produzione virale elevata intervallati da periodi di relativa quiescenza. Queste fasi quiescenti o silenti sono difficili da studiare con modelli sperimentali. Analisi matematica può aiutare a colmare le lacune.

In un documento intitolato Condizioni per Transient viremia in deterministici in-Host Modelli: Blips virali non hanno bisogno esogeni trigger, pubblicato il mese scorso nella SIAM Journal sulla Matematica Applicata, autori Wenjing Zhang, Lindi M. Wahl, e Pei Yu presentano un modello per studiare infezioni persistenti.

In infezioni latenti (un tipo di infezione persistente), non le cellule infettive si possono osservare durante le fasi silenti o quiescenti, che coinvolgono la replicazione virale a basso livello. Questi periodi di silenzio sono spesso interrotti da inspiegabili episodi intermittenti di produzione virale attiva e il rilascio. "blip virali" associati con il virus dell'immunodeficienza umana (HIV) sono un buon esempio di tali periodi attivi.




"Modellazione matematica è stato fondamentale per la nostra comprensione di HIV, in particolare durante la fase clinicamente latente dell'infezione", dice l'autore Pei Yu. "La rapidissima fatturato della popolazione virale durante questa fase di riposo di infezione è stata dimostrata in primo luogo attraverso la modellazione (David Ho, Natura, 1995), ed è stata una sorpresa per la comunità clinica. Questo è stato visto come uno dei maggiori trionfi della matematica immunologia: un risultato estremamente importante attraverso l'accoppiamento di dati dei pazienti e un approccio di modellazione appropriato ".

Le infezioni ricorrenti spesso si verificano a causa di trattamento farmacologico. Ad esempio, la terapia antiretrovirale per l'HIV può sopprimere i livelli del virus dei limiti al di sotto di rilevamento per mesi. Anche se gran parte della ricerca si è concentrata su questi blip virali, le loro cause non sono ben compresi.

Modelli matematici precedenti hanno analizzato le ragioni di tali blips virali, e hanno proposto varie spiegazioni possibili. Un primo modello considera l'attivazione delle cellule T, un tipo di cellule immunitarie, in risposta agli antigeni. I modelli successivi attribuiti blips all'attivazione ricorrente dei linfociti latentemente infette, che sono una classe più ampia di cellule immunitarie che includono cellule T. Divisione asimmetrica di tali cellule latentemente infette, con conseguente cellule attivate e cellule figlie latentemente infettate sono stati visti a suscitare blips in un altro studio.

Questi modelli precedenti hanno utilizzato trigger esogeni come stocastico o la stimolazione transiente del sistema immunitario per generare blips virali.

In questo lavoro, gli autori utilizzano la teoria dei sistemi dinamici di reinvestigate modelli di infezione in-host che presentano blips virali. Essi dimostrano che tali trigger esogeni sono necessari per generare blips virali, e propongono che blips sono prodotti come parte del comportamento naturale del sistema dinamico. Il fattore chiave per questo comportamento è un tasso di infezione che aumenta, ma satura con l'estensione dell'infezione. Gli autori mostrano che un tale aumento, saturando tasso di infezione da solo è sufficiente a produrre lunghi periodi di quiescenza interrotto dalla replica rapida, o blip virali.

Questi risultati sono coerenti con le osservazioni cliniche dove anche pazienti la migliore terapia HIV attualmente disponibili presentano periodicamente episodi transitori di viremia (alta carica virale nel sangue). Sono state proposte diverse ragioni per questo fenomeno, come scarsa adesione alla terapia o l'attivazione di un serbatoio nascosto di cellule con infezione da HIV. "Se l'adesione è il fattore sottostante, blip virali vengono attivati ​​quando il paziente dimentica una dose o più dosi di farmaci prescritti", spiega Yu. "Se attivazione è la causa, blips può essere innescato da esposizione ad altri agenti patogeni, che attivano il sistema immunitario. Il nostro lavoro dimostra che blips virali potrebbero semplicemente verificarsi a ciclo naturale del sistema dinamico sottostante, senza la necessità di alcun trigger speciale. "

Gli autori propongono modelli semplici a 2 e 3 dimensioni, che possono produrre puntini virali. I tassi di infezione lineari o costanti non portano a blips in 2-, modelli a 3 o 4 dimensioni studiate dagli autori. Tuttavia, un modello immunologica 5-dimensionale rivela che un sistema con un tasso di infezione costante può generare segnali di ritorno pure.

I modelli proposti nel documento possono essere utilizzati per studiare una varietà di malattie virali che presentano infezioni ricorrenti. "Attualmente stiamo estendendo questo approccio ad altre infezioni, e più in generale ad altre malattie che mostrano recidive", dice Yu. "Per esempio, molte malattie autoimmuni si ripetono e la ricaduta in un orizzonte temporale di anni, e ancora una volta, i" trigger "per episodi di recidiva sono sconosciuti. Vorremmo capire meglio quali fattori del sistema dinamico di fondo potrebbe essere di guida questi episodica modelli. "

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