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基孔肯雅热全球蔓延，治疗手段有限。研究人员构建 Caputo 分数阶导数数学模型，探究宿主防御细胞与 CHIKV 粒子的相互作用。结果显示R0≈7 ，免疫反应影响病毒清除。该研究为防控提供理论依据。
在全球公共卫生领域，蚊子传播的疾病一直是人们心头的大患，基孔肯雅病毒（Chikungunya virus，CHIKV）便是其中之一。这种病毒主要通过白纹伊蚊和埃及伊蚊叮咬传播给人类。感染后，患者会突然发热、关节剧痛，还可能出现皮疹，严重影响生活质量。更糟糕的是，目前针对 CHIKV 感染缺乏特效治疗方法，现有的一些治疗手段还存在副作用，比如氯喹甚至会增强 CHIKV 感染。
在这样的困境下，疫苗成为预防感染的重要希望，但疫苗研发和防控策略的制定需要深入了解病毒在宿主体内的动态变化以及免疫系统的应对机制。为了攻克这些难题，来自尼日利亚奥孙州立大学（Osun State University）的研究人员展开了一项极具意义的研究，相关成果发表在《BMC Research Notes》上。
研究人员运用了分数阶微积分和数学建模的方法。其中，Caputo 分数阶导数模型被用于构建描述宿主防御细胞与 CHIKV 粒子相互作用的数学模型。这一模型能捕捉短期记忆效应，比传统模型更具优势。同时，研究人员采用 Laplace Adomian 分解法（LADM）来求解模型，以获得数值解 。
数学模型构建
研究人员在已有数学框架的基础上，引入分数阶导数，构建了一个包含五个变量的数学模型，分别为未感染细胞（S(t)）、感染细胞（I(t)）、CHIKV 粒子（V(t)）、抗体（A(t)）和细胞毒性 T 淋巴细胞（Cytotoxic T lymphocytes，CTLs，Z(t)） 。这个模型详细描述了病毒传播过程中不同元素的动态变化，如未感染细胞的产生、感染细胞和病毒粒子的死亡、免疫细胞的增殖以及它们之间的相互作用等。
模型分析
- 解的性质：研究证明了在非负初始条件下，模型的所有解都保持非负，确保了模型的生物学相关性。同时，研究人员还分析了模型解的存在性、唯一性以及 Hyers-Ulam 稳定性 。
- 无病平衡点与基本再生数：确定了无病平衡点的状态，此时宿主系统没有 CHIKV 感染。通过计算得出基本再生数R0≈7，这表明病毒具有较高的复制率，未感染细胞的感染风险较大 。
数值模拟与结果
- 模型求解与收敛性：运用 LADM 方法对模型进行求解，并通过在 Mathematica 12 软件中编程实现。结果显示，该方法得到的迭代解是收敛的，验证了 LADM 方法在该模型求解中的有效性 。
- 数值模拟分析：通过数值模拟，研究人员发现多个关键因素对病毒感染和免疫反应的影响。例如，随着 CHIKV 粒子对未感染细胞的消耗速率增加，未感染细胞数量显著下降；CTLs 速率增加时，感染细胞数量明显减少，突出了 CTLs 在对抗 CHIKV 感染中的关键作用；抗体浓度增加会降低 CHIKV 粒子浓度，体现了抗体在中和病毒粒子方面的重要功能 。此外，分数阶分析表明，不同分数阶下细胞分布有所不同，这强调了将分数阶分析纳入研究的生物学意义。
这项研究意义重大。它揭示了 CHIKV 感染与宿主免疫反应之间的复杂关系，为理解病毒感染机制提供了新的视角。研究结果有助于指导疫苗研发和制定更有效的防控策略，比如可以考虑通过增强 CTLs 和抗体的功能，如通过健康饮食或疫苗接种等方式，来对抗 CHIKV 感染。不过，研究也存在一些局限性，如样本量小、数据收集受限以及计算方法在实际应用中的限制等 。但总体而言，该研究为基孔肯雅热的防控研究奠定了重要基础，为后续进一步深入研究指明了方向，推动了全球在应对基孔肯雅热这一公共卫生挑战上的进程。
