Modelare multi-scalară bazată pe agenți

·         Definire termeni

o   Scalar - mărime care are o valoare determinată printr-o unitate de măsură și printr-un număr real

>        Multi-scalar – mărimi caracterizate de unități de măsură diferite

o   Modelare bazată pe agenți - abordare bazată pe calculul consecințelor potențiale de la nivelul unui sistem pe baza analizei comportamentelor individuale aferente agenților ce intră în componența sistemului

·      Se folosește în prezent în încercarea de a realiza trecerea de la mecanisme intracelulare la fenotipuri întâlnite la nivelul țesuturilor.

o   are la bază un cadru de modelare celulară individuală – fiecare agent este guvernat de un set de reguli comportamentale care sunt influențate de mediu și de comportamentul celorlalți agenți

o   utilizată în o gamă largă de discipline – economie, inginerie, epidemiologie, transport urban, ecologie, biologie

o   Avantaje

§  Combină studiul comportamental al diverselor populații celulare care au influență directă asupra sistemelor celulare eterogene care stau la baza diverselor interacțiuni dintre celule

§  Granularitatea la nivel de celulă permite studierea variațiilor genotipice si fenotipice la nivelul unei singure celule

§  Pot include modele intracelulare care pot capta schimbările de la nivelul genelor

§  Descriu explicit mediul care poate avea o influență directă asupra experimentelor de laborator

o   Aplicații anterioare

§  Studierea presiunii selective a mediului asupra morfologiei tumorale

§  Celule migratoare și interacțiunea cu celulele macrofage în suprimarea răspunsului imunologic

§  Cum imunogenitatea (proprietatea de a conferi imunitate) permite celulelor tumorale periferice să scape atacului imunologic

§  Cum regimurile dinamice pot contracara rezistența celulelor tumorale la factorul tumoral de necroză (TNF)

§  Studii COVID-19

o   Tehnici de modelare

§  Bazate pe structuri (lattice-based)

·         Mediul este definit de o structură în baza căreia agenții vor fi constrânși

·         În funcție de rezoluția spațială, există următoarele subcategorii

o   Automate celulare – exista un agent în fiecare locație a structurii

o   Modele celulare cu recipiente (cellular potts) – un agent poate ocupa mai multe locații din cadrul structurii

o   Modele în care o locație din cadrul structurii poate fi ocupată de mai mulți agenți (ex. COMETS)

§  Modele fără structuri (lattice-free)

·         Mediul nu este definit de o structură

·         Principalele tipuri de modele

o   Axate pe granițele până la care se întind celulele – modele de tip Vertex

o   Axate pe volumul celular – modele bazate pe centru (CBM – centre-based models)

 

Bibliografie

o   Arnau Montagud, Miguel Ponce-de-Leon, Alfonso Valencia, Systems biology at the giga-scale: Large multiscale models of complex, heterogeneous multicellular systems  (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452310021000792)

o   Letort G, Montagud A, Stoll G, Heiland R, Barillot E, Macklin P, Zinovyev A, Calzone L. PhysiBoSS: a multi-scale agent-based modelling framework integrating physical dimension and cell signalling. Bioinformatics (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30169736/)