在生物技术和信息技术革命产生了大量的生物数据。处理和分析这些数据正在加速生物系统的扩展我们的知识。这些进步在改变生物医学研究,开发和应用程序完成的。临床数据补充基本的生物学数据,使各种健康和患病的详细描述和建模,疾病进展,对治疗的反应。数据的可用性代表各种生物状态,流程,和时间依赖性使生物系统的各级组织的研究,从分子到整个有机体,甚至在人口水平。多个来源的数据支持快速增长的生物医学知识;然而,我们的分析和解释这些数据的能力远远落后于数据生成和存储容量。计算模型越来越多地用来帮助解释生物医学数据由高通量基因组学、蛋白质组学和immunomics项目(1- - - - - -3]。先进的计算机模型,使仿真应用的生物过程用于生成假设和实验计划4- - - - - -7]。适当的界面的生物医学数据库,计算模型允许快速访问高级知识及其共享通过数据挖掘和知识发现方法。
在这个特殊的问题,我们调查感兴趣的生理和病理的免疫反应,特别是细胞和分子过程。
本文由r·卡瓦略等人提出了一种方法计算模型代表了交互的分枝杆菌感染斑马鱼的先天免疫系统。他们用佩特里网形式模型关键主机之间的交互元素参与肉芽肿形成和感染传播,定义的理解和描述的定性模型因果关系在这个动态的过程。他们的系统生物学中框架包含了数学建模来生成和测试假设,进行虚拟实验,使实验可验证的预测。这项工作表明使用数学模型支持结核病感染机制的研究。
免疫系统能够更加积极地应对二次接触特定抗原比启动接触。接种疫苗的协议通常包括至少两个剂量,为了获得高的抗体滴度。尤其表现在阿尔茨海默病转基因小鼠模型研究表明,β-淀粉样蛋白抗体能够减少斑块和提高认知。在小鼠模型以及阿尔茨海默氏症患者在临床试验中,感应anti-beta-amyloid高滴度的抗体与疫苗接种的治疗效果。f·卡斯特隆等人分析了时间之间的关系从第一剂量(启动)和第二剂量(提高)抗体滴度,耦合在活的有机体内实验与计算机模拟驴推迟第二注入的影响。
免疫学的一个主要挑战是固有的数据转化为知识的复杂性和人类生理的动力学。生理学和工程社区拥有丰富历史应用计算方法复杂系统得到的数据转化为知识的系统行为。j . Klinke二世和问:王审查两个相关工程的概念,如何具体原型和“适合使用,”可用于克服紧迫的挑战将数据转换成更高级的知识基础免疫学用于实际应用,如改善治疗。这些概念是使用两个immunology-related例子说明:β细胞群的行为在1型糖尿病的发病和肺部树突状细胞的动力。
m .彭尼斯提出了一个数学模型来重现激活的免疫反应资格与联合政府OT1细胞毒性T淋巴细胞(ctl)和AntiCD137单克隆抗体。这种治疗是针对黑色素瘤B16转椅卵子小鼠模型暴露在一个特定的免疫治疗策略。本文两个隔间建模:注射点治疗管理和皮肤隔间黑色素瘤肿瘤细胞增殖。数学模型的结果是在良好的协议在活的有机体内结果。特别是OT1 ctl的灵敏度分析强调了关键作用,表明可能减少注射抗体的数量不应影响显著治疗效果。
急性或慢性细菌感染。慢性细菌感染的特点是大量细菌负荷或感染,细菌快速增长。在这些情况下,免疫反应是不能完全消除感染,形成的模式称为微小脓肿(或脓肿)。微小脓肿的特点是一个区域包括液体、细菌、免疫细胞(主要是中性粒细胞),和许多类型的死细胞。这种不同模式的生成数值只能复制和研究模型,捕捉人体免疫系统的时空动态。b . Pigozzo等人开发和实现了一个计算机模型来研究在细菌感染微小脓肿形成的过程。
猫感染猫免疫缺陷病毒(fip)开发一个获得性免疫缺陷综合症(艾滋病),类似于人类感染艾滋病毒。FIV感染引起急性病毒血症,降低几周后,激活的分组人口CD8的外观+我们称为T细胞细胞。这激活T细胞群的扩张被认为是FIV感染和疾病的一个重要标志。描述的人口复杂的扩张模式,包括其相关性与其他疾病标志物如病毒载量,可能会增加研究者的FIV感染和艾滋病发病机制的理解。b . Ribba等人提出两个简单的独立的数学方程来分析的时间演化人口规模和病毒载量在原发感染FIV的猫咪。他们开发了模型使用人口方法和mixed-effects回归技术,基于重复测量超过100只猫FIV感染。
分子动力学(MD)模拟必须足够长的得出可靠的结论。然而,没有方法的存在是为了证明一个模拟聚合。本文由w .称等人的方法叫“滞后RMSD-analysis”提出了可以确定一个分子模拟提供了一个足够精确的模型。分析是基于RMSD值之间对时间间隔的配置变量Dt。
总之,这些贡献现状的艺术造型的免疫系统。研究论文出现在这个特殊的问题将作为指导当前的发展和新兴应用指南迷人的免疫系统领域建模。
最终,计算机/数学和其他定量方法的实用程序将帮助提供更好的医疗保健。这个体积的7篇论文展示的各个方面建模免疫反应的免疫过程和临床前研究。
弗朗西斯科·搜集
弗拉基米尔•Brusic
Holger Frohlich