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Towards a multiscale model of acute HIV infection

Authors :
Gennady Bocharov
Vitaly Volpert
Andreas Meyerhans
Anass Bouchnita
Modélisation mathématique, calcul scientifique (MMCS)
Institut Camille Jordan [Villeurbanne] (ICJ)
École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Multi-scale modelling of cell dynamics : application to hematopoiesis (DRACULA)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre de génétique et de physiologie moléculaire et cellulaire (CGPhiMC)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institute of Numerical Mathematics [Moscou] (INM-RAS)
Russian Academy of Sciences [Moscow] (RAS)
Department of Virology [Homburg]
Saarland University [Saarbrücken]
ICREA Infection Biology Laboratory (Department of Experimental and Health Sciences)
Universitat Pompeu Fabra [Barcelona] (UPF)
Institut Camille Jordan (ICJ)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL)
Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de génétique et de physiologie moléculaire et cellulaire (CGPhiMC)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut Camille Jordan (ICJ)
Source :
Computation, Computation, MDPI, 2017, 5 (1), pp.6. ⟨10.3390/computation5010006⟩, Computation, 2017, 5 (1), pp.6. ⟨10.3390/computation5010006⟩, Computation; Volume 5; Issue 1; Pages: 6, Recercat. Dipósit de la Recerca de Catalunya, instname, Computation, Vol 5, Iss 1, p 6 (2017)
Publication Year :
2017
Publisher :
MDPI, 2017.

Abstract

International audience; Human Immunodeficiency Virus (HIV) infection of humans represents a complex biological system and a great challenge to public health. Novel approaches for the analysis and prediction of the infection dynamics based on a multi-scale integration of virus ontogeny and immune reactions are needed to deal with the systems' complexity. The aim of our study is: (1) to formulate a multi-scale mathematical model of HIV infection; (2) to implement the model computationally following a hybrid approach; and (3) to calibrate the model by estimating the parameter values enabling one to reproduce the " standard " observed dynamics of HIV infection in blood during the acute phase of primary infection. The modeling approach integrates the processes of infection spread and immune responses in Lymph Nodes (LN) to that observed in blood. The spatio-temporal population dynamics of T lymphocytes in LN in response to HIV infection is governed by equations linking an intracellular regulation of the lymphocyte fate by intercellular cytokine fields. We describe the balance of proliferation, differentiation and death at a single cell level as a consequence of gene activation via multiple signaling pathways activated by IL-2, IFNa and FasL. Distinct activation thresholds are used in the model to relate different modes of cellular responses to the hierarchy of the relative levels of the cytokines. We specify a reference set of model parameter values for the fundamental processes in lymph nodes that ensures a reasonable agreement with viral load and CD4 + T cell dynamics in blood.

Details

Language :
English
ISSN :
20793197
Database :
OpenAIRE
Journal :
Computation, Computation, MDPI, 2017, 5 (1), pp.6. ⟨10.3390/computation5010006⟩, Computation, 2017, 5 (1), pp.6. ⟨10.3390/computation5010006⟩, Computation; Volume 5; Issue 1; Pages: 6, Recercat. Dipósit de la Recerca de Catalunya, instname, Computation, Vol 5, Iss 1, p 6 (2017)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....3b231b8665806365ca5cf90870e218f6
Full Text :
https://doi.org/10.3390/computation5010006⟩