模拟生物学教程:建立一个模型-微分方程
从系列中:SimBiology教程的QSP, PBPK,和PK/PD建模和分析
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,我们将看到如何使用SimBiology构建模型,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,从中自动导出替代微分方程。您可以通过编程方式构建模型,也可以使用提供框图编辑器的模型构建器应用程序来交互式地构建模型。你可以在MATLAB应用程序类别中找到模型构建器。
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。该模型由两个区室组成——PK部分的目标介导的直接处置模型和PG部分的亲属抑制间接反应模型。
PK部分被建模为描述所涉及的过程的一组反应,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,以及中央和外周室之间的直接运输。
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。默认情况下,这个新创建的模型包含一个隔间,因为每个模型必须至少包含一个隔间。隔间是一种混合良好的容器,其特点是其空间尺寸——通常是它的体积。
现在选择了这个隔间,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,隔间的体积是恒定的,但它也可能随着时间而变化。一个隔室也可以包含其他的隔室,就像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,我将从块库中拖放一个隔间,并修改其属性。
现在让我们添加状态变量,这在SimBiology中被称为物种。物种可以代表代谢物、蛋白质、受体的动态状态——无论你的模型中包括什么——必须以浓度或量为单位来定义。
让我们拖放这四个物种。在中心室拖动受体复合物,在外围室拖动受体复合物。物种在一个隔间内必须有唯一的名字,但它们可以与来自另一个隔间的另一个物种共享相同的名字。
我们可以通过按shift键同时选择多个物种来改变一个公共属性,例如单位。我们还可以将二进制条件设置为true。在这种情况下,物种不会被其参与的反应所改变。它们仍然可以通过事件、规则或剂量进行修改。
常数属性,或常值属性,也可以设为true。在这种情况下,物种会在模拟过程中发生变化。
现在让我们加入反应。反应描述了反应物和生成物之间的过程,如转化、迁移和结合。s manbetx 845
要添加一个反应,第一个选项是拖放一个反应块。现在你可以按控制键,从物质到反应拖动一条线,将其定义为反应物。如您所见,在属性编辑器中自动更新了反应方案。
同样地,你可以拖一条线从反应到一个物种来定义它是该反应的产物。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。在这里,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自动推导出方向速率。您还可以将动力学流设置为一个名词,并编写自己的自定义反应速率。
产生反应的第二个选择是将一条线从一个物种拖到另一个物种,SimBiology将在两者之间产生反应。
现在我们定义这个反应是可逆的,并定义它的参数。反应不一定同时需要反应物和生成物。s manbetx 845在合成的情况下只能有生成物,或者在消去的情况下只能有反应物。
让我们为受体实现这个。如果我们添加一个反应并使其成为受体,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,您可以直接在属性编辑器中编辑方向方案,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,它与反应的联系将用虚线显示在图表上。这对酶反应很有用。
到目前为止,我们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。
我们还将响应r定义为参数,因为r是无量纲的。记住,组分一定是浓度或量。这很好,因为一个参数可以是非常数,它的动态可以用速率规则来定义。速率规则可帮助您指定参数值、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对血浆中直接浓度的依赖性。它会显示一个虚线。
由于我们已经定义了系统中的所有单元,建议在与该模型相关的模拟设置中激活单元转换。然后,SimBiology将所有数量转换为一个一致的唯一系统,以求解方程,并将结果返回到用户指定的单位。
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。
我们现在可以用质量模式原理将从图中导出的微分方程可视化。
本教程到此结束。在下一集视频中,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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