Abstract
Evnen til å visualisere de pågående hendelsene i en datamodell for biologi er avgjørende , både for å se dynamikken i det biologiske system i bruk, og for å muliggjøre vekselvirkning med modell fra hvilken man kan observere den resulterende oppførsel. For å oppnå dette, har vi bygget en ny interaktiv animasjon verktøy,
SimuLife
, for å visualisere reaktive modeller av cellebiologi. SimuLife er web-basert, og er fritt tilgjengelig på
https://simulife.weizmann.ac.il/
. Vi har brukt SimuLife å animere en modell som beskriver utviklingen av en kreftsvulst, basert på de individuelle komponentene i systemet og dets omgivelser. Dette har bidratt til å forstå dynamikken i svulsten og dens omkringliggende blodårer, og i verifisere atferd, finjustere modellen tilsvarende, og lære på hvilken måte ulike faktorer påvirker svulsten
Citation. Bloch N Weiss G, Szekely S, Harel D (2015) et interaktivt verktøy for Animere biologi, og dets bruk i romlig og tidsmessig modellering av en kreftsvulst og dens mikromiljøet. PLoS ONE 10 (7): e0133484. doi: 10,1371 /journal.pone.0133484
Redaktør: Danilo Roccatano, Jacobs University Bremen, Tyskland
mottatt: 30 oktober 2014; Godkjent: 27 juni 2015; Publisert: 20.07.2015
Copyright: © 2015 Bloch et al. Dette er en åpen tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet: Programvare tilgjengelighet: SimuLife er tilgjengelig på Internett på https://simulife.weizmann.ac.il/. Verktøyet er åpen kildekode og programvare data er tilgjengelig i https://github.com/simulife/simulife under BSD-to-punkt License
Finansiering:. Forskningen ble støttet av en Advanced Research Grant fra det europeiske Research Council (ERC) under EU FP7 Programme, nummer 710932. de bevilgende myndighet hadde noen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet. En del av denne forskningen ble støttet av I- CORE program av Israel Planning Budsjettering komiteen og Israel Science Foundation
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
modellering av biologiske systemer ved datastyrte modeller som støtter interaktive henrettelser (simuleringer) gir mulighet til å integrere et stort antall eksperimentelle data, og generere en omfattende oversikt over systemet som en helhet. Dette inkluderer muligheten til å observere dynamikken i drift, med en abstrahert animasjon av modellen, som er avgjørende for en klar forståelse av biologi representert i modellen, og er praktisk som en basis for videre analyse.
Systems biologi, matematisk modellering og beregningsorientert tilnærminger kan gi viktige bidrag til forskning og utvikling innen biologi [1,2], og disse er faktisk stadig viktigere i arbeidet med å bedre forstå komplekse biologiske atferd. Omfattende forsøk på å modellere og analysere biologiske systemer eller prosesser som er blitt utført [3,4], for det meste ved tradisjonelle matematisk modellering [5-19], ved hjelp av en ovenfra og ned, hvorved den kjente oppførselen til systemet er bygget inn i modellen. En annen tilnærming, som har blitt kalt
kjørbar biologi product: [20] fokuserer på design av fullt kjørbare modeller som etterligner komplekse biologiske fenomener, og gjøres vanligvis bottom-up [21-25]. For en oversikt se [2]. Et annet kjent eksempel på biologisk system modellering inkluderer blå hjernen prosjekt for å studere hjernens arkitektoniske og funksjonelle prinsipper [26]. Der systemets dynamikk dukke opp fra modell via reverse engineering hjelp nervecellen programvaren sammen med en biologisk realistisk modell av nerveceller, basert på eksakt matematisk representasjon.
Selv om beregningsmodeller vanligvis inneholder mye essensielle detaljer, i de fleste tilfeller kan de ikke gi videre til brukeren en av de viktigste aspektene ved systemet blir modellert, som faktisk ser det i drift [27]. Visualisering er en effektiv måte å representere dynamikken i en modell. Dette bør omfatte minst systemets komponenter, deres interaksjoner og effekten av endringer i parameterverdier. Teknikken med
reaktiv animasjon product: (RA), der modellen av reagerer systemet er koblet jevnt til en animasjon verktøy [28-30], har vært brukt i det siste for å kunne modellere flere nontrivial biologiske systemer [22 -24]. I [24] den dynamiske arkitektur en lymfeknute ble modellert. RA hjulpet i å observere oppførselen som fører opp til den unike møtet mellom den spesifikke T- og B-celler, eller hvor de kan gå glipp av hverandre til tider avhengig av andre faktorer som er tilstede. I [23] utvikling av pattedyr-bukspyttkjertel ble modellert. Her RA hjulpet i å observere den fysiske 3D dannelsen av bukspyttkjertelen samt se hvilke celler det er sammensatt av på hvert trinn. Også endre oppsettet av blodkar avdekket figurer som er annerledes i naturen fra den ekte bukspyttkjertelen struktur. I [22] differensieringen av T-celler i thymus ble modellert. RA avdekket en tidligere ukjent eksistensen av konkurranse mellom thymocytter for plass og stimulering, som er avgjørende for å generere normal struktur og funksjon av thymus organ.
I denne artikkelen beskriver vi
SimuLife
, en nye RA-basert interaktivt verktøy for å animere beregningsmodeller av cellebiologi. Vårt viktigste mål var å gjøre verktøyet generisk, slik at det kunne tjene en rekke typer biologiske systemer. Vi ønsket også SimuLife å bidra til å forbedre opplevelsen av både utviklere og brukere, og for å gi et realistisk utseende til driften modellen slik at det ville være tilgjengelig for biologer, og selv legfolk. Med dette i bakhodet, har vi utstyrt verktøyet med et brukervennlig grensesnitt som gjør det mulig å enkelt manipulere og eksperimentere med parametrene, samt med andre aspekter av verktøyet, for eksempel bildetyper som brukes, deres farger, hva du skal inkludere i en visning, etc.
fordelen med SimuLife, og en av de tingene som gjør verktøyet så attraktiv, er at det er tilgjengelig direkte via nettet og krever ingen spesielle nedlastinger eller installasjoner (
http
:
//simulife
Weizmann
ac
il /
)…. I tillegg sin grafikk er 3D tillater en å intuitivt følge den morfologiske arrangement.
Som nevnt, det viktigste formålet med å opprette dette verktøyet skulle utgjøre et første skritt mot en generisk verktøy som til slutt ville være i stand til å støtte et mangfold forskjellige typer biologiske modeller. Likevel ble prosessen med å bygge verktøyet drives av arbeidet med en kompleks datamodell av en kreftsvulst og dens mikromiljøet, som ble gjort i parallell. I denne artikkelen viser vi bruken av verktøyet og sine evner på denne modellen, og i det videre arbeidet vi har tenkt å tilpasse SimuLife til andre typer systemer også.
Kreftforskning er av stor betydning. Det refererer til mange forskjellige og særegne sykdommer, som alle stammer fra den samme tilstand av unormal vekst og regulering av celler, som sprer seg på en ukontrollert måte. Blant kjennetegnene til en kreftcelle, som de som er angitt ovenfor, har det blitt avslørt at cellene rundt svulsten utgjør det som kalles svulsten mikromiljøet [31]. Kreftsvulst kan ikke overleve eller fremgang på egen hånd; det kommer an på det dynamiske mikromiljøet i hvilket den kommer, og de toveis interaksjoner med dette området. Den toveis krysstale mellom tumor og dens miljø skjer enten ved sekresjon av signaler eller ved celle-celle interaksjoner. Denne kommunikasjonen er meget viktig og kan virke til å forsterke eller blokkere tumordannelse.
Angiogenese er en prosess av nye blodkar vokser fra pre-eksisterende. Det er en vanlig og viktig prosess i embryoutvikling og sårheling, men er også et grunnleggende trinn i overgangen av tumorer fra en sovende tilstand til en ondartet en. Uten blodårer, kan svulster ikke vokse utover størrelsen på 1mm
3 [32]; de trenger en stor tilførsel av oksygen og næringsstoffer leveres til cellene sine. Når svulsten er under hypoksi (mangel på oksygen) [33] en serie av hendelser inntreffer, en avgjørende en blir utskillelsen av VEGF fra tumorcellene, noe som fører til angiogenese.
Ved hjelp av SimuLife verktøyet, kan vi visualisere pågående hendelser av kreft modell, inkludert angiogenese og dens effekt. Dette er av stor betydning, som det gjør det mulig å se utviklingen og morfologi av svulsten og dens omgivelser, forstå dynamikken i systemet basert på sine individuelle komponenter, kontrollere atferd, finjustere modellen tilsvarende, og manipulere inngangs for å visualisere dens effekt på den resulterende morfologi. Sistnevnte inkluderer endre parametere for å se hva som skjer til svulsten enten uten angiogenese eller når nivået av faktorer som påvirker angiogenese endres.
Resultater
Tool utvikling
En interaktiv animasjon verktøy,
SimuLife
, for å visualisere modeller av cellebiologi, ble bygget. SimuLife mottar kontinuerlig innspill fra det reaktive modellen og tegner og oppdaterer grafikk basert på endringene. De viktigste prinsippene vi brukt på å designe og bygge SimuLife var som følger; For å gjøre det raskt, effektivt, i stand til å støtte tusenvis av gjenstander, bruker realistisk utseende bilder, vise gode resultater, være så generisk som mulig, arbeide både i sanntid og offline ved hjelp av en pre-innspilt fil, presentere animasjon i 3D , være interaktiv og med et brukervennlig grensesnitt, og være web-basert. Vi ønsket å gjøre den fri fra å måtte laste ned eller installere konkrete verktøy, ikke krever en å kjøpe en lisens eller å måtte bruke en anstendighet språk.
SimuLife sin GUI inneholder en hovedskjermen viser den faktiske animasjon, og siden faner med ulike alternativer for beregningsmodell selv og animasjonsbilder (fig 1). Det gir også statistikk om den nåværende tidsskritt og mengden av objekter, som oppdateres gjennom hele kjøringen (se demonstrasjon i S1 Video eller på
http product::.
//youtu
være /xsOXtD7-LjE
).
det midterste vinduet er animasjonen skjermen. På sidene finner du faner med ulike alternativer for kjøring av modellen og endre elementer i animasjonen
SimuLife har følgende egenskaper (se demonstrasjon i S2 Video eller på
http product::.
//youtu
være /_U9rw1ACGhM
):.. Eksempler nevnt er hentet fra kreft modell
Representer celler ved hjelp av enten enkle sfæriske bilder eller mer realistisk utseende de ( sistnevnte er mer kostberegningsmessig og kan påvirke ytelsen) (figur 2A).
Representer molekyler ved fordeling tetthet på hver radius eller terninger.
Endre generelle eller spesifikke parameterverdier før eller under et løp (se demonstrasjon i S3 Video eller på
http product::.
//youtu
være /bCkujp1E3m0
).
Klikk-og -Velg individuelle synlige objekter, eller velg skjulte objekter (for eksempel de som er inne i svulsten) ved å velge fra en liste, og motta relevant informasjon om dem fra modellen (posisjon, foreldrecellen, etc.).
Opprett eller drepe objekter, enten spesifikke de eller tilfeldig (se demonstrasjon i S4 Video eller på
http product::.
//youtu
være /Khgej9Cs0jo
).
Endre fargene på bildene (fig 2B).
Gjør visse objekter usynlige for å fokusere på andre objekter (fig 2C).
Slice animasjonen på et gitt punkt langs noen av 3D-akser, for å vise en 2D tverrsnitt (figur 2D).
Zoom inn og ut, spinne animasjonen rundt sentrum, og navigere til en 3D-posisjon.
Bruk en forhåndsinnspilt fil av et løp, for å se resultater raskere og /eller senere.
Lek med hastigheten der filen blir lest, og dermed med hastigheten på animasjonen, og pause det til enhver tid.
(a) Kan bruke mer realistiske bilder (venstre) eller enkle sfæriske bilder (til høyre). (b) Standard farger (venstre) eller en mulig endring av farger (til høyre). (C) Lag visse objekter usynlige for å fokusere på andre. Venstre – blodkar, sentrum – tumor, høyre – molekyler. (D) Slicing: en 2D tverrsnitt (i dette tilfelle en svulst, som viser innsiden kjerne)
Bruke SimuLife å animere en datamodell for en svulst
fordeler. av et slikt verktøy er enorme; mens den modell som holder informasjon for hver av de enkelte gjenstander, tillater en SimuLife å visualisere informasjon av alle gjenstandene sammen på en gang. Selv SimuLife ble utviklet for å til slutt tjene som en generisk verktøy, en som vil være i stand til å koble til mange forskjellige typer biologiske modeller, er det i dag brukes til en bestemt biologisk modell – en Statecharts basert romlig og tidsmessig modell av en kreftsvulst og sin mikromiljøet, utviklet ved hjelp av Rhapsody verktøy fra IBM (
www
.
ibm
.
no /software /awdtools /rhapsody /
).
modellen fokuserer på en tredimensjonal svulst, som går fra en enkelt kreftcelle gjennom dannelsen av en primær tumor avaskulær, via sekresjon av angiogene faktorer og rekruttering av nærliggende blodkar, til en helt vaskularisert tumor. Tumorceller og endotelceller (celler i blodårene) ble modellert med hensyn til deres størrelse, posisjon, stat, spredning, innspill fra området og utgang til omgivelsene. Bruke Statecharts språk (se materialer og metoder seksjon), ble en generisk atferd modellert for hver type objekt, og i løpet av henrettelser av modellen mange tilfeller av gjenstandene ble generert for å representere hver enkelt en tar på sine eksplisitte stater tilsvarende. Mange parametre ble brukt i modellen, slik som cellestørrelse, areal størrelse, oksygen terskel, VEGF terskel, sats på spredning, sekresjon rate, og mer. Verdiene av disse parametrene kan lett endres for å se virkningen på systemet av en hvilken som helst parameter eller av en kombinasjon derav. Verdiene av parametrene som benyttes i modellen har enheter av målinger, men er kvantifisert i forhold til hverandre. På denne måten kvalitative sammenligninger kan gjøres med biologiske eksperimenter. Ikke desto mindre er mange av de generelle parametere som tid, størrelse, mengder, har omtrentlige ekvivalente reelle verdier til dem og således gi rom for kvantitative sammenligninger til virkelige tumorvekst dynamikk. Flere detaljer om modellen og et sett av parametere og deres verdier kan finnes i (S1 tekst). Resultatet er en omfattende, dynamisk, reaktiv, 3D romlig og tidsmessig datamodell for en kreftsvulst vekst og dens mikromiljøet.
Analysere oppførsel av modellen er et viktig steg for å forstå dynamikken i systemet, og for å kunne sammenligne det med eksisterende biologiske data for å sjekke modellens nøyaktighet.
i kreft modellen, brukte vi SimuLife for å forstå systemet bedre, sammenlignet med kjente biologiske data, må du kontrollere at modellen besitter ikke ikke-akseptable biologiske atferd, finjustere ulike parametere i modellen, og teste ut nye og interessante muligheter. Noen, av mange eksempler på dette er:
a) Teste systemet under forhold med noen angiogenese (dvs. ingen blodårer som vokser mot svulsten). Uten svulsten mikromiljøet, som omfatter angiogene blodårer, kan tumoren ikke overlever på grunn av lavt oksygen /næringstilførsel [33-36]. Derfor, som forventet, dette resulterte i en primær svulst som sluttet å vokse på et tidspunkt, og deretter begynte å dø ut (fig 3A). Dette kunne ha vært oppnådd ved cellepopulasjon kurver av aktive celler, nekrotiske celler, endothelic celler og kanskje oksygen og VEGF kurver. Imidlertid viser visualisering dynamikken i alle celler og molekyler sammen, og gjør det mulig å få en følelse av hvordan det skjer – som celler blir drept først, størrelsen på svulsten når, etc.
(a ) Ingen angiogenese. Tumor ikke utvikler (nekrotiske (døde) celler er i blått). (B) Høy vs lav VEGF sekresjon simuleringer. Venstre for lav VEGF, rett for høy VEGF, med beløpene som vises i fanene til venstre i bildet. Begge bilder blir presentert ved tilnærmet samme tid trinn – ved lav VEGF angiogenese har bare begynt, mens ved høy VEGF er det mange aktiverte og forgrenede fartøy. (C) Tumor vokser utover, mot blodkar, i tilfelle av et lite antall skip, på grunn av mangelfull vekst av kar.
b) Testing av virkningen av den høye sammenlignet med lav VEGF-sekresjon . VEGF-sekresjon i tumorceller er det som rekrutterer karene mot tumoren for å forsyne den med oksygen /næringsstoffer [35]. Jo lavere VEGF nivå, eller jo lenger det tar å nå blodårene, desto lengre tid vil det ta endotelceller til å bli aktivert for å danne den angiogene nettverket. Spille med denne parameter viser at lave VEGF-sekresjon resulterer i langt færre blodårer, mens bruk av høye VEGF-sekresjon verdier resulterer i mange blodkar som allerede er dannet på det samme tidspunkt (figur 3B). Også her visualiserings hjelpemidler i seende ikke bare mengden av endotelceller som er opprettet over tid, men også den morfologi som blodkar dannes ved forskjellige tidstrinn, som de følger VEGF-gradient for å oppnå tumoren. I tillegg er det mulig å vise endringen i VEGF-gradient gjennom plass.
c) Testing defekte vekst av blodkar. Dette er ikke tatt fra litteraturen, men i stedet er et eksempel som viser den form at tumoren tar på i ulike tilfeller. Her blodårene ikke fikk lov til å armen inn nye, men bare for å bli lenger, så det er ingen eksponensiell vekst av skip, dermed mindre oksygen. Dette førte til tumoren å vokse mot oksygenkilden, «klemmer» blodkar og dermed danner en forgrening form og ikke en kulelignende form (figur 3C). Dette forskjellig vekstmønster av tumoren ble avslørt ved hjelp av den SimuLife verktøyet.
Materialer og metoder
SimuLife er et interaktivt animasjon verktøy som samvirker med datamodell, å sende informasjon til den og å motta informasjon fra den (både som XML-filer). Dette er i ånden av
reaktiv animasjon
teknikk [28-30]. SimuLife deretter trekker og /eller modifiserer grafikk basert på endringene i modellen. SimuLife er basert på WebGL (Web Graphics Library), og en Javascript API (Three.js rammeverk i vårt tilfelle) for å gjengi interaktiv 3D-grafikk i en kompatibel nettleser uten bruk av plug-ins. Klientsiden er Chrome og kommunikasjon med eksterne motorer utføres via stikkontakter (fig 4). Grunnlaget for de realistiske versjoner av bildene (for eksempel celler) ble utarbeidet av en profesjonell animatør og er i COLLADA, et format som kan brukes sammen med vårt rammeverk. SimuLife er åpen kildekode og skriptene som brukes til å bygge den er tilgjengelig på https://github.com/simulife/simulife.
Består av en klientsiden og serversiden. Klientsiden er en nettleser som presenterer grafisk resultatet av modellen utført. Tjenersiden er delt inn i applikasjonsserveren som ivaretar henrettet modell, og en webserver som skaper nye objekter som sendes til nettleseren, i henhold til informasjon fra modellen. Informasjon kan også sendes fra klientsiden (brukergrensesnittet) til modellen via webserveren
Noen av utfordringene som oppstår i løpet av de verktøyene utvikling inkluderer:.
Dealing med animere tusenvis atferdsrike objekter, mens du prøver ikke å svekke ytelsen. En av måtene vi gjorde dette var ved å gruppere mange objekter sammen til et enkelt objekt og opphever når det er nødvendig. Hver gjenstand ble behandlet hver for seg og ble referert til hver for seg når det er nødvendig, men når den ikke er i bruk, for eksempel ved innvendig svulsten eller på en side ikke er synlig for brukeren, ble gjenstandene gruppert for å kunne ta opp mindre datamaskinens minne, slik at den resultatene vil ikke bli skadet.
Når den viser en kutting av animasjon, med sin 2D tverrsnitt, det var et behov for å gjøre skiver området ser ut til å være flat, noe som betyr at hvert av bildene i grense hadde å være «cut». 3D-objekter er hule og når skjære dem det er behov for for å lukke den ikke lukkede skiver 3D-form. For å løse dette brukte vi ThreeBSP pakke, en CSG plugin for Three.js (https://github.com/sshirokov/ThreeBSP), som tillater oss å trekke to 3D-objekter fra hverandre; 3D-området som skal skjæres fra scenen på hver av de tre aksene ble subtrahert fra 3D-celle, noe som resulterer i en lukket skiver bilde.
presentere en stor mengde gjenstander (som millioner av molekyler) . Vi har løst dette ved å presentere gradient fordeling av molekylene i stedet for hver av de individuelle molekyler. Dette ble gjort ved å vise den totale mengden av molekyler enten på alle områder fra sentrum av svulsten eller på hver kube hele plassen modellert.
Rende sammenhengen mellom separate men tilstøtende objekter skal vises som en kontinuerlig objekt ( slik som presenterer forbindelses endotelceller som et blodkar). Dette ble gjort ved å delta i midten av hver gjenstand og vise sammenhengen med en tube-lignende bilde.
Den Statecharts modelleringsspråk
Vår beregnings kreft modellen ble utviklet ved hjelp av språket Statecharts som midt [37,38]. Statecharts gjør det mulig å beskrive oppførselen til reaktive systemer på en diskret måte, ved hjelp av et byggverk av stater og overgangene mellom dem med en blanding av hierarki og samtidighet. På denne måte kan man spesifisere atferden av de individuelle enheter som deltar i kreftprosessen og sette inn biologiske data, for å fange opp og være i stand til å utføre den dynamiske oppførsel og morfologi av systemet. Statecharts er kjørbare på flere egnede verktøy, for eksempel Rhapsody, tilgjengelig fra IBM, som er verktøyet vi brukte (
www
.
ibm
.
no /software /awdtools /rhapsody /
) (se figur 5).
En stereotypi atferd ble opprettet for hver av de objekter ved hjelp Statecharts. Under utførelsen av modell mange tilfeller av hver objekttype genereres å representere hver bestemt objekt å ta på sine eksplisitte stater tilsvarende. Den statechart av endotelceller, som vist her, består av ulike tilstander som cellen kan være i, og noen av disse kan eksistere parallelt (presentert av de brutte linjer) og andre som bor innenfor andre stater, i en hierarkisk måte.
Diskusjoner
for å bedre forstå biologiske modeller, kan en detaljert og realistisk visualisering av modellen være svært nyttig. For dette formålet har vi utviklet
SimuLife
verktøy, hvor en animasjon er dynamisk bygget ved sanntid i henhold til modellen, som produserer en annen interaktiv visualisering av systemets løp hver gang.
Som nevnt, selv om visualisering av biologiske modeller er blitt brukt i det siste [22-24], en av våre mål var å gjøre verktøyet generisk, slik at det kan tjene en rekke forskjellige typer av biologiske systemer, særlig de som beskriver celler og ved hjelp av agent- basert modellering. I prinsippet kan en hvilken som helst modell kobles til SimuLife, så lenge den kan sende meldinger til den animasjonen via et uttak. Dette vil innebære å gjøre endringer i grensesnittet og de bildene som er brukt i henhold til den spesifikke modellen. Vi ønsket også SimuLife å bidra til å forbedre opplevelsen av både utviklere og brukere, og for å gi et realistisk utseende til driften modellen slik at det ville være attraktivt og nyttig for biologer, og til og med legfolk.
I vår forskning vi brukte språket Statecharts med Rhapsody verktøy for å lage en omfattende 3D-modell av en kreft solid svulst, sammen med sin mikromiljøet. SimuLife hjulpet i å spore og validere utvikling og progresjon av svulsten og karene. Det aktivert se tumorcellene ved sin nøyaktige 3D-steder, sammen med de blodårer som består av de enkelte endotelceller, og deres forlengelse inn i svulsten, så vel som fordeling av molekyler «tetthet og mer. SimuLife gjør det mulig å enkelt spille med animasjon, sende kommandoer tilbake til modellen under runtime og observere den umiddelbare resulterende utgang, samt justere mange aspekter av animasjonen i seg selv for å møte brukerens behov. Det gjør også ser bare visse elementer av interesse og få reell dagens kvantitative data. Et slikt verktøy er viktig spesielt i det tilfellet hvor den romlige organiseringen er av stor interesse. Bruke SimuLife for kreft modellen gjorde oss i stand til å se hvordan modellen ligner på oppførselen til en solid svulst; en nekrotisk kjerne utviklet i den indre del av tumoren [39] og forgreningen av blodkar forekom oftere som de nærmet seg tumor [40]. Disse og flere er atferd som fremkom fra modellen og ble avslørt av animasjon. Vi kom også til den konklusjon at svulsten har et vendepunkt, hvor det enten dør eller kommer seg. Dette ble vist ved å variere verdiene av viktige parametere som påvirker mengder av VEGF og oksygen, og å merke seg oppførselen av svulsten sammen med resten av systemets komponenter. Disse resultatene vil bli diskutert mer grundig i en oppfølgings papir, der vil vi beskrive nærmere de biologiske problemene, og de relevante innsikter fått fra interaktiv visualisering av kreft modell.
Andre visualiseringsverktøy som beskriver beregningsmodeller for kreft eksisterer [41,42]. Men de er fundamentalt forskjellig fra SimuLife i at SimuLife er basert på reaktiv animasjon, hvor animasjonen plattformen er en enhet helt atskilt fra modellen; mens nevnte verktøy er selve modellene, er SimuLife utelukkende animasjonen drevet av modellen, bygget ved hjelp av en annen generisk tilnærming, Statecharts, og dens underliggende redskap Rhapsody, og som henger sammen med SimuLife via RA. Ved å skille disse to fasetter, kan hver konstrueres ved hjelp av state-of-the-art verktøy [29].
Med mer innsats ønsker vi å fortsette å forbedre SimuLife verktøy, noe som gjør det mer generiske-stand til enkelt å koble til andre biologiske modeller, andre modellerings motorer, eller andre programmeringsspråk, samt forbedre ytelsen. Endelig fortsetter vi å jobbe med kreft modell ved hjelp av SimuLife for å lære mer om svulsten og kanskje få ny innsikt.
Hjelpemiddel Informasjon
S1 tekst. Kreft modell detaljer og en liste over parametere
Detaljer om kreften modell som ble brukt sammen med SimuLife verktøy, sammen med en liste over de parametrene som brukes i modellen og deres standardverdier
doi:.. 10,1371 /journal. pone.0133484.s001 product: (docx)
S1 Video. En full gjennomgang av kreft modellen i SimuLife
doi:. 10,1371 /journal.pone.0133484.s002 plakater (MP4)
S2 Video. SimuLife verktøy evner
doi:. 10,1371 /journal.pone.0133484.s003 plakater (MP4)
S3 Video. Endre parametere for en modell i SimuLife
doi:. 10,1371 /journal.pone.0133484.s004 plakater (MP4)
S4 Video. Killing /skape celler av en modell i Simulife
doi: 10,1371 /journal.pone.0133484.s005 plakater (MP4)
Takk
Vi takker Eitan Greenberg for den profesjonelle bilder brukes i verktøyet.
