Chemotaxis-driven stationary and oscillatory patterns in a diffusive HIV-1 model with CTL immune response and general sensitivity

CTL公司* 趋化性 稳态(化学) 灵敏度(控制系统) 有界函数 数学 免疫系统 数学分析 统计物理学 应用数学 物理 生物 免疫学 化学 受体 工程类 生物化学 物理化学 电子工程 CD8型
作者
Renji Han,Binxiang Dai,Yuming Chen
出处
期刊:Chaos [American Institute of Physics]
卷期号:33 (7) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0150072
摘要

In this paper, a reaction–diffusion–chemotaxis HIV-1 model with a cytotoxic T lymphocyte (CTL) immune response and general sensitivity is investigated. We first prove the global classical solvability and L∞-boundedness for the considered model in a bounded domain with arbitrary spatial dimensions, which extends the previous existing results. Then, we apply the global existence result to the case with a linear proliferation immune response and an incidence rate. We study the spatiotemporal dynamics about the three types of spatially homogeneous steady states: infection-free steady state S0, CTL-inactivated infection steady state S1, and CTL-activated infection steady state S∗. Our analyses indicate that S0 is globally asymptotically stable if the basic reproduction number R0 is less than 1; if R0 is between 1 and a threshold, then S1 is globally asymptotically stable. However, if R0 is larger than the threshold, then the chemoattraction and chemorepulsion can destabilize S∗, and thus, a spatiotemporal pattern forms as the chemotactic sensitivity crosses certain critical values. We obtain two kinds of important patterns, which are induced by chemotaxis: stationary Turing pattern and irregular oscillatory pattern. We also find that different chemotactic response functions can affect system’s dynamics. Based on some empirical parameter values, numerical simulations are given to illustrate the effectiveness of the theoretical predications.

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