Simuscale: A Modular Framework for Multiscale Single-Cell Modelling
Simuscale: un outil pour la simulation multi-échelles de populations cellulaires
Résumé
Simuscale is a multiscale, individual-based modelling platform for performing
numerical simulations of heterogeneous populations of individual cells evolving
in time and interacting physically and biochemically. Models are described at
two levels: cellular level and population level. The cellular level describes
the dynamics of single cells, as defined by the modeller. Cells have an
internal state that includes default properties such as cell size and position, and
may also include any other cell-specific state, such as gene or protein
expression. The population level describes the mechanical constraints and
biochemical interactions between cells. Cells evolve in bounded 3D domain, and
can divide or die. Simuscale implements the physical simulator that manages
the simulations at the population level. It delegates the details of cellular
dynamics to each cell. This makes Simuscale modular, as it can accommodate any
number of cell models with the same simulation, including models with different
modelling formalisms. Biochemical interactions occur between cells that are in
contact with each other, through intercellular signals. Intercellular signals
can be known to all or to a subset of the cells only. Simuscale expects an
input file describing the initial cell population and numerical options, it
runs a simulation over a specified time interval, updating the cell population
at given time steps, and generates an output file containing the state of each
cell at each time step, and the tree of cell divisions and deaths.
Simuscale est une plateforme de modélisation multi-échelles et individu-centrée pour
réaliser des simulations numériques de populations hétérogènes de cellules individuelles
évoluant en temps et interagissant physiquement et biochimiquement. Les modèles sont
décrits à deux niveaux : cellulaire et populationnel. Le niveau cellulaire décrit
la dynamique de la cellule individuelle. Les cellules possèdent un état interne
qui comprend notamment des propriétés par défaut comme la taille de la cellule et
sa position, et peut aussi inclure d'autres états spécifiques à la cellule, comme
l'expression de gènes ou de protéines. Le niveau populationnel décrit les contraintes
mécaniques et les interactions biochimiques entre les cellules. Les cellules évoluent
dans un domaine 3D borné, et peuvent se diviser ou mourir. Simuscale implémente le
simulateur physique qui gère les simulations au niveau populationnel. Elle délègue
les détails de la dynamique cellulaire à chacune des cellules. Cette délégation
des tâches permet de rendre Simuscale modulaire, en ce qu'elle peut prendre en charge
différents formalismes de modélisation. Les interactions biochimiques se produisent
entre cellules en contact entre elles, au travers de signaux inter-cellulaires.
Les signaux inter-cellulaires peuvent être reconnus en tout ou en partie
par un sous-groupe de cellules donné. Simuscale prend en entrée un fichier spécifiant les
populations cellulaires initiales et des options de simulation numérique. La
simulation met à jour les populations cellulaires à pas de temps discrets sur un
intervalle de temps fini, et génère en sortie les trajectoires cellulaires de chaque
cellule, ainsi que l'arbre des divisions cellulaire et des morts.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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