Computational methods for multiscale modeling of virus infections

Динамика вирусных инфекций определяется различными процессами на нескольких масштабах. В докладе будут представлены разработанные вычислительные методы для анализа вирусных инфекций с помощью гибридного стохастического многомасштабного моделирования. Многомасштабная модель включает: (1) мульти-компартментный транспорт в организме, (2) трехмерные реакционно-диффузионные уравнения с подвижными источниками для транспорта вирионов и молекул в тканях (метод конечных элементов), (3) трехмерная модель движения иммунных клеток в лимфоидных тканях со стохастической подвижностью (симплектические численные схемы), (4) модели внутриклеточной репликации вирусов в клетках-мишенях, которые калибруются в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений, а затем трансформируются в стохастические марковские цепи с дискретным состоянием и непрерывным временем с неоднородными по времени интенсивностями процессов, зависящими от концентрации внеклеточных вирионов. Стохастические внутриклеточные модели численно реализуются с помощью интегральных или основанных на униформизации методов Монте-Карло, а также с помощью гибридных дискретно-непрерывных приближенных методов. Компоненты многомасштабной модели применяются для анализа определенных аспектов динамики инфекций вирусами ВИЧ-1, SARS-CoV-2 и ВЛХМ. Работа выполнена в рамках гранта РНФ №23-11-00116.