基于埃博拉病毒药理学的免疫系统建模与计算分析

摘要

由于埃博拉病毒是一种高增值率、高突变性、高危害性的病毒，正常的人体免疫系统机制已很难清除这种病毒。但由于计算机仿真技术和医学的不断发展，生物免疫系统在注射药物情况下的可视化仿真技术已经成为研究免疫系统抵抗埃博拉病毒的重要手段和工具。目前，诸如ZMapp、TKM-Ebola、T-705等药物已经进入了临床试验，但由于存在着不少的副作用，不适宜大范围的使用。因此，研究药物治疗对于埃博拉病毒病的治疗具有着重要的意义。
　　为了能够从分子水平上介绍了埃博拉病毒在药物治疗下的感染过程以及相关的免疫过程，建立易于观察与理解的免疫系统系统模型极其重要。本文主要从以下几个方面进行了研究：
　　（1）根据实际情况分析了埃博拉病毒病对人类造成的危害，引出药物治疗对该病毒的治疗作用和意义。以埃博拉病毒的药理学和免疫系统的生物学基础为背景，分别阐述了埃博拉病毒的病原学特性和结构，还重点介绍了高致病率的致病机制，以及如今该病毒的治疗进展，着重介绍了药物治疗的进展。
　　（2）同时也从总体上介绍了人体免疫系统，包括免疫系统的组成、层次结构与应答机制。结合埃博拉病毒与免疫系统，力图以生动、具体形象的语言和实例使读者对生物免疫系统有总体上的了解，使读者从根本上对埃博拉病毒病有深刻的了解。
　　（3）阐述了建模的必要性以及模型对研究免疫系统的意义；并主要介绍了免疫系统的两种模型：计算模型和概念模型。并结合建模要求、特征和实情况，以及模型的对比，阐述了二者存在的不足，进而引出本文研究模型——免疫系统的3层可视化模型，并详细地介绍了3层模型的工作机制。同时，为了能够更好地模拟免疫系统的免疫过程，特提出了否定选择算法和免疫遗传算，并做了简单的介绍。
　　（4）分析了几款比较流行的仿真平台（如Swarm、Repast、Mason等），并分析了它们的适用场景、缺点和优势。通过比较，引出NetLogo这款可以进行多主体化设计的仿真平台软件。在完成可视化仿真实验所需的前台界面设计和后台程序设计的基础上，分别采用C/S（客户端/服务器）和B/S（浏览器/服务器）的方式查看和运行模型。并分别模拟了在未注射药物和注射药物的情况下，埃博拉病毒的免疫过程，对结果进行分析对比，进而得出药物能够有效的抑制埃博拉病毒。这加深了对机体免疫系统借助药物抵抗埃博拉病毒的免疫应答、免疫反应的理解，直观的感受免疫系统的免疫过程。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 本文的研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究目的及意义

1.4 本文的结构安排

第二章 相关理论知识

2.1 埃博拉病毒药理学基础

2.2 免疫系统的生物学基础

2.3本章小结

第三章 免疫系统的可视化模型

3.1 微分方程模型

3.2 细胞自动机模型（CA）

3.3 免疫系统建模要求

3.4 免疫系统的3层可视化模型

3.5 免疫算法

3.6 本章小结

第四章 基于NetLogo的可视化仿真

4.1 建模技术分析

4.2 可视化仿真平台—NetLogo

4.3 可视化仿真系统设计

4.4 本章小结

第五章 可视化仿真系统的结果分析

5.1 实验系统环境

5.2 未注射药物的运行结果及其分析

5.3 注射药物的运行结果及其分析

5.4 以B/S方式查看和运行模型

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢