PLoS ONE: et interaktivt værktøj til Animering Biologi, og dens anvendelse i rumlig og tidsmæssig Modellering af en kræftsvulst og dens Microenvironment

Abstrakt

Evnen til at visualisere de igangværende begivenheder i en beregningsmæssige model af biologi er kritisk , både for at se dynamikken i det biologiske system i aktion og til at muliggøre interaktion med, ud fra hvilken man kan iagttage den resulterende adfærd. Til dette formål har vi bygget en ny interaktiv animation værktøj,

SimuLife

, til visualisering reaktive modeller af cellebiologi. SimuLife er webbaseret, og er frit tilgængelig på

https://simulife.weizmann.ac.il/

. Vi har anvendt SimuLife at animere en model, der beskriver udviklingen af ​​en kræftsvulst, baseret på de individuelle komponenter af systemet og dets omgivelser. Dette har hjulpet med at forstå dynamikken i tumoren og dens omgivende blodkar, og fastslå adfærd, finjustere modellen i overensstemmelse hermed, og læring på hvilken måde forskellige faktorer påvirker tumoren

Henvisning:. Bloch N , Weiss G, Szekely S, Harel D (2015) et interaktivt værktøj til Animering Biologi, og dens anvendelse i rumlig og tidsmæssig Modellering af en kræftsvulst og dens mikromiljø. PLoS ONE 10 (7): e0133484. doi: 10,1371 /journal.pone.0133484

Redaktør: Danilo Roccatano, Jacobs University Bremen, Tyskland

Modtaget: 30 oktober, 2014 Accepteret: 27. juni, 2015; Udgivet: 20 Jul 2015

Copyright: © 2015 Bloch et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed: Software ledighed: SimuLife er tilgængelig på internettet på https://simulife.weizmann.ac.il/. Værktøjet er open source og software data er tilgængelige i https://github.com/simulife/simulife under BSD 2-klausul Licens

Finansiering:. Forskningen blev støttet af en Advanced Research Grant fra Europa Forskningsråd (ERC) under det Europæiske Fællesskabs program FP7, nummer 710932. de finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet. En del af denne forskning blev støttet af I- CORE program Israel Planning Budgetlægning Udvalg og Israel Science Foundation

Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

modellering af biologiske systemer ved edb modeller, der understøtter interaktive henrettelser (simuleringer) giver mulighed for at integrere en stor mængde eksperimentelle data, og generere et samlet overblik over systemet som helhed. Dette omfatter evnen til at iagttage dynamikken i drift ved en indvindes animation af modellen, som er afgørende for en klar forståelse af biologien repræsenteret i modellen og er praktisk som udgangspunkt for yderligere analyse.

Systemer biologi, matematisk modellering og beregningsmæssige metoder kan bidrage væsentligt til forskning og udvikling i biologi [1,2], og disse er i virkeligheden, bliver stadig vigtigere i bestræbelserne på at bedre at forstå komplekse biologiske adfærd. Omfattende forsøg på at modellere og analysere biologiske systemer eller processer er blevet udført [3,4], for det meste af traditionel matematisk modellering [5-19], ved hjælp af en top-down tilgang, hvor den kendte opførsel af systemet er bygget i modellen. En anden tilgang, som er blevet betegnet

eksekverbare biologi

[20] fokuserer på design af fuldt eksekverbare modeller, der efterligner komplekse biologiske fænomener, og sker som regel bottom-up [21-25]. For en gennemgang se [2]. Et andet velkendt eksempel på biologisk system modellering omfatter det blå hjerne-projektet til at studere hjernens arkitektoniske og funktionelle principper [26]. Der, systemets dynamik frem fra modellen via reverse engineering ved hjælp af NEURON software sammen med en biologisk realistisk model af neuroner, der bygger på nøjagtig matematisk repræsentation.

Selvom beregningsmodeller indeholder normalt en masse vigtige detaljer, i de fleste tilfælde kan de ikke videregive til brugeren et af de vigtigste aspekter af systemet, der modelleres, som faktisk se det i drift [27]. Visualisering er en effektiv måde at repræsentere dynamikken i en model. Dette bør omfatte mindst systemets komponenter, deres samspil og effekten af ​​ændringer i parameterværdier. Teknikken med

reaktiv animation

(RA), hvorved model af reagerende system er tilsluttet jævnt til en animation værktøj [28-30], er blevet brugt tidligere med succes modellere flere nontrivial biologiske systemer [22 -24]. I [24] den dynamiske arkitektur en lymfeknude blev modelleret. RA hjulpet i observere adfærd fører op til det unikke møde mellem det specifikke T- og B-celler, eller hvordan de kan brænde hinanden til tider afhængigt af andre faktorer til stede. I [23] udvikling af det mammale pancreas blev modelleret. Her RA hjulpet i at observere den fysiske 3D dannelsen af ​​bugspytkirtlen samt at se, hvilke celler det er sammensat af på hvert trin. Også ændre layoutet af blodkarrene afslørede former, der er forskellige fra den ægte bugspytkirtlen struktur. I [22] differentieringen af ​​T-celler i thymus blev modelleret. RA afsløret en hidtil ukendt eksistens konkurrence blandt thymocytter for plads og stimulering, som er afgørende for at skabe normale struktur og funktion af thymus orgel.

I dette papir beskriver vi

SimuLife

, en nye RA-baserede interaktivt værktøj til at animere beregningsmodeller af cellebiologi. Vores vigtigste mål var at gøre værktøjet generiske, så den kunne tjene en lang række forskellige typer af biologiske systemer. Vi ønskede også SimuLife til at forbedre oplevelsen af ​​både udviklere og brugere, og for at give et realistisk udseende til driften modellen, så det ville være tilgængelig for biologer, og selv lægfolk. Med dette i tankerne, har vi begavet værktøjet med en brugervenlig grænseflade, der tillader en at nemt manipulere og eksperimentere med de parametre, samt med andre aspekter af værktøjet, såsom typer billeddata anvendt, deres farver, hvad til medtage i en visning, osv

Fordelen ved SimuLife, og en af ​​de ting, der gør værktøjet så attraktiv, er at den er tilgængelig direkte via internettet og kræver ingen specifikke downloads eller installationer (

http

:

//simulife

Weizmann

ac

il /Kreis)…. Ud sin grafik er 3D tillader en at intuitivt følge den morfologiske arrangement.

Som nævnt er hovedformålet med at skabe dette værktøj var at udgøre et første skridt mod en generisk værktøj, som i sidste ende ville være i stand til at understøtte en lang række af forskellige slags biologiske modeller. Ikke desto mindre blev processen med at opbygge det værktøj drevet af vores arbejde med en kompleks beregningsmæssige model af en kræftsvulst og dens mikromiljø, hvilket skete parallelt. I nærværende papir illustrerer vi brug af værktøjet og dets muligheder på denne særlige model, og i det fremtidige arbejde, vi har planer om at tilpasse SimuLife til andre typer af systemer også.

Kræftforskning er af stor betydning. Det refererer til mange forskellige og særprægede sygdomme, som alle stammer fra den samme tilstand af unormal vækst og regulering af celler, som prolifererer på en ukontrolleret måde. Blandt kendetegnende for en cancercelle, såsom de anført ovenfor, er det blevet afsløret, at cellerne omkring tumoren udgør den såkaldte tumormikromiljøet [31]. Den kræftsvulst kan ikke overleve eller fremskridt på eget; det afhænger af den dynamiske mikromiljø, hvor den stammer fra, og de bi-retningsbestemt interaktioner med dette omgivende. Den tovejs krydstale mellem tumoren og dens miljø finder sted enten ved udskillelse af signaler eller ved celle-celle-interaktioner. Denne kommunikation er meget vigtig og kan virke til at forbedre eller blokere tumordannelse.

Angiogenese er processen af ​​nye blodkar vokser fra præ-eksisterende. Det er en normal og vital proces i embryo udvikling og sårheling, men er også et afgørende skridt i overgangen af ​​tumorer fra en sovende tilstand til en ondartet én. Uden blodkar, kan tumorer ikke vokse ud over størrelsen 1 mm

3 [32]; de har brug for et stort udbud af ilt og næringsstoffer leveret til deres celler. Når tumoren er under hypoxi (iltmangel) [33] en række begivenheder indtræffer, en afgørende ene er sekretionen af ​​VEGF fra tumorcellerne, hvilket fører til angiogenese.

Brug af SimuLife værktøj, kan vi visualisere de igangværende begivenheder i kræft model, herunder angiogenese og dens virkning. Dette er af stor betydning, da det gør det muligt at se udviklingen og morfologi af tumor og dens omgivelser, forstå dynamikken i systemet baseret på dets individuelle komponenter, kontrollere adfærden, finjustere modellen i overensstemmelse hermed, og manipulere input med henblik på at visualisere dets virkning på den resulterende morfologi. Sidstnævnte omfatter skiftende parametre for at se, hvad der sker med tumoren enten uden angiogenese eller når niveauet af faktorer, som påvirker angiogenese ændres.

Resultater

Tool udvikling

En interaktiv animation værktøj,

SimuLife

, til visualisering af modeller for cellebiologi, blev bygget. SimuLife modtager løbende input fra den reaktive model og tegner og opdaterer grafikken er baseret på ændringerne. De vigtigste principper, vi brugte i at designe og bygge SimuLife var som følger; For at gøre det hurtigt, effektivt, stand til at støtte tusinder af genstande, bruge realistisk udseende billeder, viser gode resultater, være så generisk som muligt, arbejde både i realtid og offline med en indspillede fil, præsentere animationen i 3D , være interaktiv og med en brugervenlig grænseflade, og være webbaseret. Vi ønskede at gøre det fri for at skulle downloade eller installere konkrete værktøjer, ikke kræver en til at købe en licens, eller at bruge en sømmelighed sprog.

SimuLife GUI indeholder en hovedskærm viser den faktiske animation, og side faner med forskellige muligheder for selv den beregningsmæssige model og animation billeder (fig 1). Det giver også statistikker vedrørende den aktuelle tid skridt og mængden af ​​genstande, som opdateres hele tiden (se demonstration i S1 Video eller

http

:.

//youtu

være /xsOXtD7-LjE

).

den midterste vindue er animationen skærmen. På siderne er faneblade med forskellige muligheder for at køre modellen og ændre elementer i animationen

SimuLife har følgende egenskaber (se demonstration i S2 Video eller

http

:.

//youtu

være /_U9rw1ACGhM

):.. Eksempler nævnt er taget fra kræft model

Repræsentere celler ved hjælp af enten simple sfæriske billeder eller mere realistisk udseende dem ( sidstnævnte er dyrere beregningsmæssigt og kan påvirke ydeevnen) (fig 2A).

Repræsentere molekyler ved fordelingen tæthed ved hver radius eller terninger.

Skift generelle eller specifikke parameterværdier før eller under en løbetur (se demonstration i S3 Video eller

http

:.

//youtu

være /bCkujp1E3m0

).

Klik-og -Vælg individuelle synlige objekter, eller vælg skjulte objekter (såsom dem inde tumoren) ved at vælge fra en liste, og modtage relevante oplysninger om dem fra modellen (position, forælder celle, etc.).

Opret eller dræbe objekter, enten specifikke dem eller tilfældigt (se demonstration i S4 Video eller

http

:.

//youtu

være /Khgej9Cs0jo

).

Ændre farver af billederne (fig 2B).

Gør visse objekter usynlige for at fokusere på andre objekter (fig 2C).

Slice animationen på et givet punkt langs nogen af ​​3D-akser, for at kunne se en 2D tværsnit (fig 2D).

Zoom ind og ud, dreje animationen omkring centrum, og navigere til en 3D position.

Brug en indspillede fil af en køre, for at se resultaterne hurtigere og /eller senere.

Spil med den hastighed, hvor filen er læst, og dermed med hastigheden af ​​animationen, og pause det på et givet tidspunkt.

(a) Kan bruge mere realistiske billeder (venstre) eller simple sfæriske billeder (højre). (b) Standard farver (venstre) eller en eventuel ændring af farver (til højre). (C) gøre visse objekter usynlige for at fokusere på andre. Venstre – blodkar, center – tumor, højre – molekyler. (D) Slicing: en 2D tværsnit (i dette tilfælde af en tumor, der viser den indvendige kerne)

Brug SimuLife at animere en beregningsmæssige model af en tumor

Fordelene. af et sådant værktøj er enorme; medens den beregningsmæssige model holder information for hver af de enkelte objekter, SimuLife tillader en at visualisere information af alle de objekter sammen på en gang. Selv SimuLife blev udviklet med tiden tjene som et generisk redskab, en, der vil være i stand til at oprette forbindelse til mange forskellige former for biologiske modeller, er det i øjeblikket anvendes til en bestemt biologisk model – en Statecharts-baserede rumlige og tidsmæssige model af en kræftsvulst og dens mikromiljø, udviklet ved hjælp af Rhapsody værktøj fra IBM (

www

.

ibm

.

dk /software /awdtools /Rhapsody /

).

Vores model fokuserer på en tredimensional tumor, der går fra en enkelt cancercelle gennem dannelsen af ​​en primær avaskulære tumor via sekretion af angiogene faktorer og rekruttering af nærliggende blodkar, til en helt vaskulariseret tumor. Tumorceller og endotelceller (celler i blodkarrene) blev modelleret med hensyn til deres størrelse, position, stat, proliferation input fra omgivelserne og output i den omgivende. Brug af Statecharts sprog (se materialer og metoder afsnit), blev en generisk adfærd modelleret for hver type objekt, og i løbet af henrettelser af modellens mange tilfælde af objekterne blev genereret til at repræsentere hver specifik ene tager på sine eksplicitte herom. Mange parametre blev anvendt i modellen, såsom cellestørrelse, arealstørrelse, tærskel ilt, VEGF tærskel, sats på proliferation, sekretion sats, og mere. Værdierne af disse parametre kan let ændres for at se virkningen på ifølge ethvert parameter eller en kombination deraf. Værdier for parametre, der anvendes i modellen har ikke måleenheder, men er kvantificeret i forhold til hinanden. På denne måde kvalitative sammenligninger kan foretages med biologiske eksperimenter. Ikke desto mindre er mange af de generelle parametre såsom tid, størrelse, mængder, har omtrentlige tilsvarende reelle værdier til dem og dermed give mulighed for kvantitative sammenligninger til fast tumorvækst dynamik. Flere detaljer om modellen og et sæt parametre og deres værdier kan findes i (S1 Text). Resultatet er en omfattende, dynamisk, reaktiv, 3D rumlig og tidsmæssig beregningsmæssige model af en kræftsvulst vækst og dens mikromiljø.

Analyse af modellens opførsel er et afgørende skridt for at forstå dynamikken i systemet, og for at kunne sammenligne det med eksisterende biologiske data for at kontrollere modellens korrekthed.

i kræft model, vi brugte SimuLife for at forstå systemet bedre, sammenlignet med kendte biologiske data, kontrollere, at modellen ikke besidder ikke-acceptable biologiske adfærd, finjustere forskellige parametre i modellen, og afprøve nye og interessante muligheder. Nogle, af mange eksempler på dette kan nævnes:

a) Afprøvning af systemet under betingelser ikke angiogenese (dvs. ingen blodkar, der vokser mod tumoren). Uden tumorens mikromiljø, som omfatter angiogene blodkar, kan tumoren ikke overleve, på grund af lav oxygentilførsel /næringsstof [33-36]. Derfor, som forventet, resulterede dette i en primær tumor, der stoppede med at vokse på et tidspunkt, og derefter begyndte at dø (Fig 3A). Dette kunne være opnået ved cellepopulation kurver af aktive celler, nekrotiske celler, endothelic celler og måske oxygen og VEGF kurver. Imidlertid visualisering viser dynamikken i alle cellerne og molekyler sammen, og gør det muligt at få en fornemmelse af, hvordan det sker – hvor celler dræbt først, størrelsen tumoren når osv

(a ) nr angiogenese. Tumor ikke udvikler (nekrotiske (døde) celler er i blå). (B) Høj vs. lave VEGF-sekretion simuleringer. Venstre til lav VEGF, lige for høj VEGF, med beløbene i fanerne til venstre i billedet. Begge billeder er præsenteret på omtrent samme tid skridt – ved lav VEGF angiogenese er kun lige begyndt, hvorimod ved høje VEGF er der mange aktiverede og forgrenede fartøjer. (C) Tumoren vokser udad, hen imod blodkarrene, i tilfælde af et lille antal fartøjer, som følge af defekt karvækst.

b) Afprøvning af virkningerne af høj vs. lav VEGF-sekretion . VEGF-sekretion af tumorcellerne er, hvad der rekrutterer skibene mod tumoren for at forsyne den med ilt /næringsstoffer [35]. Jo lavere VEGF niveau, eller jo længere det tager at nå blodkarrene, jo længere vil det tage endotelcellerne til at blive aktiveret til dannelse af den angiogene netværk. Leger med denne parameter afslører, at lave VEGF-sekretion resulterer i langt færre blodkar, mens anvendelse af høje VEGF-sekretion værdier resulterer i mange blodkar allerede er dannet på samme tidspunkt (Fig 3B). Også her visualisering hjælpemidler i at se ikke kun den mængde af endotelceller, der er oprettet med tiden, men også morfologien at blodkarrene dannes på forskellige tidspunkter faser som de følger VEGF gradient for at nå tumoren. Desuden er det muligt at se ændringen i VEGF-gradient i hele rummet.

c) Test blodkar defekt vækst. Dette er ikke taget fra litteraturen, men i stedet er et eksempel, der viser formen at tumoren tager på i forskellige tilfælde. Her blodkarrene fik ikke lov at forgrene til nye, men kun for at blive længere, så der er ingen eksponentiel vækst af fartøjer, dermed mindre ilt. Dette forårsagede tumoren at vokse mod ilt kilde, “kramme” blodkarrene og således danner en forgrening form og ikke en kugle-lignende form (fig 3C). Denne anderledes vækstmønster af tumoren blev afsløret ved hjælp af SimuLife værktøj.

Materialer og metoder

SimuLife er et interaktivt animation værktøj, der interagerer med den beregningsmæssige model, sender oplysninger til den og modtage oplysninger fra det (både som XML-filer). Dette er i overensstemmelse med ånden i

reaktiv animation

teknik [28-30]. SimuLife trækker derefter og /eller modificerer den grafik baseret på de ændringer i modellen. SimuLife er baseret på WebGL (Web Graphics Library), og en JavaScript API (Three.js rammer i vores tilfælde) for at gøre interaktive 3D-grafik i enhver kompatibel webbrowser uden brug af plug-ins. Klienten side er Chrome og kommunikationen med eksterne motorer udføres via stikkontakter (Fig 4). Grundlaget for de realistiske versioner af billederne (fx celler) blev fremstillet ved en professionel animator og er i COLLADA, et format, der kan anvendes med vores rammer. SimuLife er open source og scripts, der bruges til at bygge det er tilgængelige på https://github.com/simulife/simulife.

Består af en klient side og en server side. Klientsiden er en webbrowser præsentere grafisk output af modellen eksekveres. Serversiden er opdelt i applikationsserveren, der fastholder den gennemførte model, og en webserver, der skaber nye objekter, der sendes til webbrowseren, ifølge oplysningerne fra modellen. Information kan også sendes fra klientsiden (brugergrænsefladen) til modellen via webserveren

Nogle af de udfordringer, der opstår i løbet af de værktøjer udvikling omfatter:.

Beskæftiger sig med animere tusindvis af adfærd-rige genstande, mens du prøver ikke at forringe ydeevnen. En af de måder, vi gjorde dette var ved at gruppere mange objekter sammen til et enkelt objekt og ophæve når det er nødvendigt. Hvert objekt blev behandlet individuelt og blev henvist til enkeltvis efter behov, men når de ikke bruges, for eksempel når inde i tumoren eller på en side ikke er synligt for brugeren, blev de objekter grupperet for at optage mindre computerhukommelse, således at præstation vil ikke blive skadet.

Når der vises en udskæring af animationen, med dens sektion 2D kors, der var et behov for at gøre det skåret område synes at være fladt, hvilket betyder, at hver af billederne i grænsen havde at være “cut”. 3D-objekter er hule og når skære dem der er behov for at lukke uafsluttede skiver 3D form. For at løse dette brugte vi ThreeBSP pakke, en CSG plugin til Three.js (https://github.com/sshirokov/ThreeBSP), som giver os mulighed for at trække to 3D-objekter fra hinanden; 3D-område, der skal skæres fra scenen ved hver af de tre akser blev trukket fra 3D-celle, hvilket resulterer i en lukket skiver billede.

frembyder en stor mængde af genstande (som millioner af molekyler) . Vi løst dette ved at præsentere gradient fordeling af molekylerne i stedet for hver af de individuelle molekyler. Dette blev gjort ved at vise den totale mængde af molekyler enten på alle områder fra centrum af tumoren eller ved hvert terning i hele rummet modelleret.

Rendering forbindelsen mellem separate, men tilstødende objekter skal vises som en kontinuerlig objekt ( som kan fremvise forbinder endotelceller som et blodkar). Dette blev gjort ved at deltage i midten af ​​hvert objekt og visning forbindelsen ved en tube-lignende billede.

Den Statecharts modelleringssprog

Vores beregningsmæssige kræft model blev designet ved hjælp sproget i Statecharts som centerpiece [37,38]. Statecharts gør det muligt at beskrive opførslen af ​​reaktive systemer i en diskret måde, ved hjælp af et bygningsværk af stater og overgangene mellem dem med en blanding af hierarki og samtidighed. På denne måde kan man angive opførslen af ​​de enkelte enheder, der deltager i cancer-processen og indsætte biologiske data, for at fange og være i stand til at udføre dynamisk adfærd og morfologi af systemet. Statecharts er eksekverbare på flere egnede værktøjer, såsom Rhapsody, tilgængelig fra IBM, som er det værktøj, vi brugte (

www

.

ibm

.

dk /software /awdtools /Rhapsody /

) (se figur 5).

En stereotyp adfærd blev oprettet for hvert af de objekter vha Statecharts. Under udførelsen af ​​modellen mange tilfælde af hver objekttype genereres til at repræsentere hvert specifikt objekt tage på sine eksplicitte herom. Tilstandsdiagrammet af endotelceller, som vist her, består af forskellige stater, at cellen kan være i, hvoraf nogle kan eksistere parallelt (forelagt af de brudte linjer) og andre, der bor inden for andre stater, i en hierarkisk måde.

diskussion

for bedre at forstå biologiske modeller, kan en detaljeret og realistisk visualisering af modellen være meget nyttig. Til dette formål har vi udviklet den

SimuLife

værktøj, hvor en animation er dynamisk opbygget på real tid i henhold til den model, der producerer en anden interaktiv visualisering af systemets løb hver gang.

Som nævnt, selv om visualisering af biologiske modeller er blevet anvendt i fortiden [22-24], et af vores mål var at gøre værktøjet generiske, så den kunne tjene en lang række forskellige typer af biologiske systemer, især dem, der beskriver celler og ved hjælp agent- baseret modellering. I princippet kan enhver model forbindes til SimuLife, så længe det kan udlæse meddelelser til animationen via en sokkel. Dette vil indebære at foretage ændringer i grænsefladen og billederne anvendes ifølge den specifikke model. Vi ønskede også SimuLife til at forbedre oplevelsen af ​​både udviklere og brugere, og for at give et realistisk udseende til driften modellen, så det ville være attraktive og nyttige for biologer, og endda til lægfolk.

I vores forskning vi brugte det sprog Statecharts med Rhapsody værktøj for at skabe en omfattende 3D-model af en kræft solid tumor, sammen med dens mikromiljø. SimuLife hjulpet i sporing og validering af udvikling og progression af tumor og skibene. Det gav ser tumorcellerne ved deres præcise 3D steder, sammen med de blodkar, der består af de individuelle endotelceller, og deres forlængelse mod tumor, samt fordeling af molekyler ‘tæthed og meget mere. SimuLife gør det muligt at nemt at lege med animationen, sende kommandoer tilbage til modellen under runtime og observere den umiddelbare resulterende output, samt justere mange aspekter af selve animationen til at opfylde brugernes behov. Det giver også ser kun visse elementer af interesse og få reelle strøm kvantitative data. Et sådant værktøj er vigtigt, især i det tilfælde, hvor den rumlige organisation af stor interesse. Brug af SimuLife for cancer model aktiveret os at se, hvordan modellen ligner opførslen af ​​en fast tumor; en nekrotisk kerne udviklet i den indre del af tumoren [39] og forgreningen af ​​blodkarrene forekom oftere som de nærmede tumoren [40]. Disse og flere er adfærd, der opstod fra den model og blev afsløret af animationen. Vi kom også til den konklusion, at svulsten har et vendepunkt, hvor det enten dør eller kommer sig. Dette blev afsløret ved at variere værdierne af nøgleparametre, der påvirker mængden af ​​VEGF og oxygen og bemærke opførslen af ​​tumoren sammen med resten af ​​systemets komponenter. Disse resultater vil blive diskuteret mere indgående i en opfølgende papir, hvor vil vi beskrive nærmere de biologiske spørgsmål, og de relevante erfaringer fra den interaktive visualisering af kræft model.

Andre visualisering værktøjer, der beskriver beregningsmodeller for kræft eksisterer [41,42]. Men de er fundamentalt forskellig fra SimuLife i at SimuLife er baseret på reaktiv animation, hvor animationen platformen er en enhed helt adskilt fra modellen; mens de førnævnte værktøjer er de faktiske modeller, SimuLife er udelukkende animationen drevet af modellen, bygget ved hjælp af en anden generisk tilgang, Statecharts, og dens underliggende redskab Rhapsody, og som er forbundet med SimuLife via RA. Ved at adskille disse to facetter, kan hver konstrueres ved hjælp af state-of-the-art værktøjer [29].

Med større indsats vi sigter mod at fortsat at forbedre SimuLife værktøj, hvilket gør det mere generisk-stand til nemt at forbinde til andre biologiske modeller, andre modellering motorer eller andre programmeringssprog, samt forbedre dens ydeevne. Endelig fortsætter vi med at arbejde på kræft model med hjælp af SimuLife for at lære mere om tumoren og måske få ny indsigt.

Støtte Information

S1 tekst. Kræft model detaljer og en liste over parametre

Detaljer om kræft model, der blev anvendt med SimuLife værktøj, sammen med en liste over de parametre, der anvendes i modellen og deres standardværdier

doi:.. 10,1371 /tidsskrift. pone.0133484.s001 Hotel (DOCX)

S1 Video. En fuld køre af kræft model i SimuLife

doi:. 10,1371 /journal.pone.0133484.s002

(MP4)

S2 Video. SimuLife værktøj kapaciteter

doi:. 10,1371 /journal.pone.0133484.s003

(MP4)

S3 Video. Ændring af parametre for en model i SimuLife

doi:. 10,1371 /journal.pone.0133484.s004

(MP4)

S4 Video. Killing /skabe celler af en model i Simulife

doi: 10,1371 /journal.pone.0133484.s005

(MP4)

Tak

Vi takker Eitan Greenberg for de professionelle billeder anvendes i værktøjet.