从系列:QSP, PBPK和PK/PD建模和分析的SimBiology教程
杰里米·华德,马修斯
学习如何用SimBiology定义微分方程®使用Model Builder应用程序。
在本视频教程中,我们将看到如何用SimBiology构建一个模型,更具体地说,如何定义微分方程。
SimBiology允许您将您的模型定义为一个反应网络,从这个反应网络可以自动推导出可供选择的微分方程。您可以通过编程方式构建模型,或者使用模型构建器应用程序,该应用程序提供了一个框图编辑器,以交互方式构建模型。你可以在MATLAB应用程序类别中找到模型构建器。
你在中间看到的图表不仅是模型的图形表示,而且是模型本身。该模型由两部分组成,PK部分为靶点介导的直接处置模型,PG部分为亲属抑制的间接反应模型。
PK部分被建模为一组反应,这些反应描述了所涉及的过程,如直接通过受体的带化,直接受体和复合物的消除,受体的合成,以及中央和外周室之间的直接转运。
我们通过在所谓的速率规则中直接写出它的ODE来定义PD动态。
现在我们来看看如何建立这种模型。我们将从头开始创建一个空白模型。这个新创建的模型默认包含一个分区,因为每个模型必须至少包含一个分区。隔间是一种混合良好的容器,其特征是其空间尺寸——通常是其体积。
现在选中了这个分隔,您将看到属性编辑器中填充了这个特定组件的属性。我们把它重命名为central,并定义它的单位。
默认情况下,间隔的体积是恒定的,但它也可能随时间而改变。一个隔室也可以包含其他的隔室,比如这个细胞质可以包含一个细胞核。
现在让我们添加外围隔间。为此,我将从块库中拖拽一个隔间并修改它的属性。
现在让我们添加状态变量,在SimBiology中称为物种。物种可以代表代谢物、蛋白质、受体的动态状态——无论你的模型中包含什么——并且必须以浓度或数量为单位进行定义。
让我们拖放这四个物种。拖动中央腔室的受体复合体,并拖动外周腔室。物种在一个隔间里必须有独特的名字,但它们可以与另一个隔间里的另一个物种共享相同的名字。
我们可以通过按住shift键同时更改一个公共属性(例如单位)来选择多个物种。我们还可以将二进制条件设置为true。在这种情况下,物种不会因其参与的反应而改变。它们仍然可以通过事件、规则或剂量进行修改。
constant属性或constant value属性也可以设置为true。在这种情况下,物种在模拟过程中会发生变化。
现在加入一些反应。反应描述了反应物和产物之间的过程,如转化、运输和结合。下载188bet金宝搏
要添加反应,第一个选项是拖放反应块。现在你可以按下控制键并拖动一条线从物种到反应来定义它为反应物。如您所见,反应方案在属性编辑器中被自动更新。
同样,您可以将一条线从反应拖到一个物种,将其定义为该反应的产物。默认情况下,反应将具有动力学的质量作用,其参数将自动创建。您可以在首选项中更改默认行为。例如,我可以决定不自动创建参数。
反应可以是可逆的。这里,我们需要添加一个新的解离常数。一旦动力学流和参数被定义,SimBiology自动导出方向速率。你也可以将动态流设置为一个名词,并写下你自己的反应速率。
创建反应的第二个选择是从一个物种拖动一条线到另一个物种,SimBiology将创建一个介于两者之间的反应。
现在让我们把这个反应定义为可逆的,并定义它的参数。反应不一定需要反应物和产物。在合成的情况下,它们只能有一个产物,或者在消除的情况下,它们只能有一个反应物。下载188bet金宝搏
让我们在受体上实现这个。如果我们添加一个反应,让它成为一个受体,你会看到反应方案现在包含null,这是SimBiology中的一个关键词。
此外,您还可以在属性编辑器中直接编辑方向方案,SimBiology将通过添加一条线来相应地更新图表。一种物质也可以既是反应物又是生成物。在这种情况下,它的浓度直接混合不会受到反应的影响,它与反应的联系将在图表上用虚线显示出来。这对酶反应很有用。
到目前为止,我们已经在定义反应时直接创建了参数。我们还可以使用模型浏览器中的列表定义参数或任何其他组件。我们将使用参数列表创建间接响应、kin、Imax、IC50和kout所需的参数。
我们也将响应r定义为一个参数,因为r是无量纲的。记住,物质必须是浓度或量。这很好,因为参数可以是非常数的,它的动力学可以用速率法则来定义。速率规则帮助您指定参数值、物种数量或隔间容量的时间导数。
该应用程序只显示一个参数块,用于ODE(自然中断方程)左侧的参数,或被事件修改的参数。
我们现在可以显示表达线来显示这个方程对血浆中直接浓度的依赖。我们会看到虚线。
因为我们已经在系统中定义了所有的单元,所以建议在与此模型相关联的模拟设置中激活单元转换。然后SimBiology会将所有的量转换成一个一致的唯一系统,以解决将结果返回到用户指定单位的方程。
一旦我们准备好了,我们就可以使用模型评估工具来验证我们的模型。
现在我们可以利用质量模式原理,将从图中推导出的微分方程可视化。
本教程到此结束。在下个视频中,我们将学习如何将代数方程加入到模型中。
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