Математики создали модель, которая описывает пространственное распространение вирусов в организме. Разработка позволяет проанализировать рост популяции вирусов в пространстве и времени и оценить, как их взаимодействие с иммунной системой влияет на ход заболевания. Полученные результаты будут полезны для диагностики и контроля ВИЧ-инфекции, а также герпеса, миксовируса, кори и других вирусных инфекций. Статья была опубликована в журнале Journal of Theoretical Biology.
Для борьбы с ВИЧ необходимо детальное представление механизма распространения инфекции в организме. Несмотря на то, что создано много моделей, описывающих взаимодействие ВИЧ с клеткой, в каждой из них делаются некоторые приближения, которые влияют на полное понимание развития инфекции. Математики и медики из РУДН создали новую модель, которая в отличие от предыдущих, учитывает важный аспект взаимодействия клетки и вируса — пространственное распространение. Она расширяет ранее полученные модели и представляет собой систему дифференциальных уравнений, которые описывают эволюцию вирусной популяции и клеток иммунной системы в пространстве и времени. Более того, модель применима и для описания других вирусных заболеваний.
При попадании в организм носителя вирусная инфекция вызывает иммунный ответ для ее уничтожения. Однако, существуют вирусы, с которыми защитная система не может справиться. К ним относится вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). В качестве клетки-хозяина ВИЧ выбирает Т-лимфоциты, которые в здоровом организме могут либо уничтожить зараженную клетку, либо активизировать другие клетки, которые могут с ней справиться. ВИЧ убивает Т-лимфоциты, и постепенно их число снижается настолько, что иммунная система человека не может справиться с возбудителями инфекций. Это приводит к последней стадии ВИЧ-инфекции: синдрому приобретенного иммунного дефицита (СПИД).
Исследователи выделили 3 возможных исхода развития инфекции: излечимая, слабая хроническая или сильная хроническая. В первом случае она может быть полностью уничтожена, во втором — сохраняется в организме вместе с хроническим иммунным ответом. В последнем варианте иммунная система истощается, что приводит к высокой вирусной нагрузке на организм. Авторы провели подробный анализ каждого результата и обнаружили взаимосвязь распространения вирусной инфекции и взаимодействия вируса с клеткой.
«С точки зрения математического моделирования распространение инфекции по клеточной культуре или по ткани описывается решениями типа бегущей волны реакционно-диффузионных уравнений. Мы исследовали этот вопрос с учетом взаимодействия вирусной инфекции с иммунными клетками. Такого рода взаимодействие происходит, когда вирусы могут заражать клетки иммунного ответа (лимфоциты) и размножаться в них. Наиболее известный пример такого вируса — это ВИЧ. Но это относится и к другим вирусам, таким как герпес, миксовирус, корь»,
— прокомментировал результаты Виталий Вольперт, автор статьи, руководитель лаборатории математического моделирования в биомедицине РУДН.