PhysiCell: محاكي خلايا ثلاثي الأبعاد متعدد الخلايا قائم على الفيزياء ومفتوح المصدر

يمكن فهم العديد من مشاكل الأنظمة متعددة الخلايا فقط بدراسة كيفية تحرك الخلايا ونموها وانقسامها وتفاعلها وموتها. تظهر ديناميكيات على مستوى الأنسجة من نظام يتكون من العديد من الخلايا المتفاعلة التي تستجيب وتؤثر على بيئتها الدقيقة. المختبر الافتراضي المثالي لهذه الأنظمة متعددة الخلايا يحاكي كلًا من البيئة الدقيقة الكيميائية الحيوية ("المسرح") والعديد من الخلايا المتفاعلة ميكانيكيًا وكيميائيًا حيويًا ("اللاعبون" على المسرح). PhysiCell - المحاكي متعدد الخلايا القائم على الفيزياء - هو محاكي قائم على الوكلاء مفتوح المصدر يوفر كلاً من المسرح واللاعبين لدراسة العديد من الخلايا المتفاعلة في بيئات دقيقة نسيجية ديناميكية. يعتمد على محلل متعدد الركائز للنقل الحيوي لربط النمط الظاهري للخلايا بعدة ركائز وعوامل إشارة متاحة للانتشار. يتضمن نماذج فرعية مستندة إلى البيولوجيا لدورة الخلية، الاستماتة، النخر، تغييرات الحجم الصلب والسائل، الميكانيكا، والحركية "جاهزة للاستخدام". كود C++ له تبعيات بسيطة، مما يجعله سهل الصيانة والنشر عبر المنصات. تم توازي PhysiCell باستخدام OpenMP، وأداءه يتناسب طرديًا مع عدد الخلايا. المحاكاة لما يصل إلى 10^5 - 10^6 خلايا ممكنة على محطات عمل سطح المكتب رباعية النوى؛ والمحاكاة الأكبر يمكن تحقيقها على عقد حوسبة HPC واحدة. نُظهر PhysiCell بمحاكاة تأثير ديناميكا النواة النخرية، الهندسة ثلاثية الأبعاد، والعشوائية على ديناميكيات كريات الأورام المعلقة وسرطان القنوات الموجود في مكانه (DCIS) في الثدي. نستعرض الحركة العشوائية، التفاعل الكيميائي والتلامسي بين أنواع خلايا متعددة، وقابلية توسعة PhysiCell بأمثلة في أنظمة متعددة الخلايا الاصطناعية (نظام "توصيل حمولات خلوية" مع تطبيقات على العلاجات المضادة للسرطان)، تغاير السرطان، وعلوم المناعة السرطانية. PhysiCell هو محاكي قادر للأنظمة متعددة الخلايا سيتم تطويره باستمرار مع إمكانيات وتحسينات أداء جديدة. كما يمثل قاعدة كود مستقلة مهمة لتكرار نتائج منصات المحاكاة الأخرى. كود المصدر الخاص بـ PhysiCell، الأمثلة، الوثائق، والدعم