从系列:SimBiology教程的QSP, PBPK,和PK/PD建模和分析
杰里米•Huard MathWorks
学习如何用SimBiology定义微分方程®使用模型生成器应用程序。
在这个视频教程中,我们将看到如何用SimBiology建立一个模型,更具体地说,如何定义微分方程。
SimBiology允许你将你的模型定义为一个反应网络,从中自动导出备选微分方程。您可以通过编程方式构建模型,也可以使用modelbuilder应用程序,该应用程序提供了一个框图编辑器来交互式地构建模型。您将在MATLAB应用程序类别中找到模型生成器。
您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。该模型由两个部分组成,一是PK部分的靶介导直接配置模型,二是PG部分的亲缘抑制间接反应模型。
PK部分被建模为一组描述相关过程的反应,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、中央和外周间室之间的直接运输。
我们用所谓的速率规则直接写出PD的ODE来定义PD动力学。
现在让我们看看如何构建这种模型。我们将从头开始创建一个空白模型。默认情况下,这个新创建的模型包含一个分隔区,因为每个模型都必须包含至少一个分隔区。隔间是一种混合良好的容器,其特征是其空间维度——通常是其体积。
既然选择了这个区域,您就会看到属性编辑器填充了这个特定组件的属性。所以让我们把它重命名为central并定义它的单位。
默认情况下,隔间的体积是恒定的,但它也可以随着时间而改变。一个腔室也可以包含其他的腔室,就像这个细胞质可以包含一个细胞核。
现在我们添加外围隔间。为此,我将从块库中拖放一个隔间并修改其属性。
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——无论模型中包含什么——并且必须以浓度或数量为单位来定义。
我们把这四种物质拖下来。中央室的拖拽受体复合体,外周室的拖拽受体复合体。物种在一个隔室内必须有唯一的名称,但它们可以与来自另一个隔室的另一个物种共享相同的名称。
我们可以通过按shift键同时改变一个共同的属性来选择多个物种,比如单位。我们也可以将二进制条件设为真。在这种情况下,物种不会被它所参与的反应所改变。它们仍然可以被事件、规则或剂量所改变。
常量属性或常量值属性也可以设置为true。在这种情况下,物种会在模拟过程中发生变化。
现在我们加入一些反应。反应描述反应物和生成物之间的过程,如转化、运输和结合。下载188bet金宝搏
要添加一个反应,第一个选项是拖放一个反应块。现在你可以按下控制键,在反应物和反应物之间拖动一条线来定义反应物。如您所见,在属性编辑器中,反应模式被自动更新。
同样的,你可以用一条线从反应到某种物质来定义它是反应的产物。默认情况下,反应将有一个动力学的质量作用,其参数将自动创建。您可以更改首选项中的默认行为。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离解常数。一旦确定了动力学流量和参数,SimBiology就会自动导出方向速率。你也可以把动能流设为一个名词,写下你自己的自定义反应速率。
创造反应的第二个选择是在一个物种到另一个物种之间拖动一条线,SimBiology将在两者之间创造一个反应。
现在我们把这个反应定义为可逆反应,并定义它的参数。反应不一定同时需要反应物和生成物。下载188bet金宝搏它们只有在合成的情况下才会产生产物,或者只有在消除的情况下才会产生反应物。
让我们为这个受体实现这个。如果我们添加一个反应,让它成为一个受体,你会看到反应模式现在包含null,这是SimBiology中的一个关键词。
此外,您可以在属性编辑器中直接编辑方向方案,SimBiology将通过添加一行来相应地更新图表。一种物质也可以同时是反应物和生成物。在这种情况下,它的直接混合浓度不会受到反应的影响,它与反应的联系将用虚线显示在图表上。这对于酶反应是有用的。
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来定义参数或任何其他组件。我们将使用参数列表来创建间接反应、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,物种必须是一个浓度或一个量。这很好,因为一个参数可以是非常数的,它的动态可以由速率规则定义。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。
该应用程序仅为ODE左侧的参数、自然中断方程或被事件修改的参数显示参数块。
我们现在可以显示表达线来显示这个方程与血浆中直接浓度的关系。我们会看到一条虚线。
由于我们已经定义了系统中的所有单位,因此建议在与该模型相关的模拟设置中激活单位转换。SimBiology随后会将所有的数量转换成一个一致的唯一系统,以便解出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。
现在我们可以用质量模式原理从我们的图中得出微分方程。
本教程到此结束。在下一个视频中,我们将看到如何将代数方程添加到我们的模型中。
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