Bakgrund: Hematopoies är en komplex process som involverar olika celltyper och återkopplingsmekanismer medierade av cytokiner. Denna komplexitet stimulerade olika modeller med olika räckvidder och tillämpningar. En kombination av kompletterande modeller lovar att ge ömsesidig bekräftelse och förklara ett bredare spektrum av scenarier. Här föreslår vi en kombination av en vanlig differentialekvation (ODE) modell av mänskliga granulopoies och en agentbaserad modell (ABM) av hematopoietisk stamcellsorganisation (HSC). Den första beskriver dynamiken i benmärgens cellstadier och cirkulerande celler under olika perturbationer såsom G-CSF-behandling eller kemoterapi. I motsats till ODE-modellen som beskriver cellnummer fokuserar vår ABM på organiseringen av enskilda celler i stampopulationen. Vi kombinerade de två modellerna genom att ersätta HSC-facket i ODE-modellen med en skillnadsekvationsformulering av ABM. I denna hybridmodell behölls regleringsmekanismerna och parametrarna för de ursprungliga modellerna oförändrade med undantag för några specifika förbättringar: (i) Effekten av kemoterapi begränsades till att sprida HSC och (ii) HSC-regleringen i ODE-modellen ersattes av den inneboende regleringen av ABM. Modellsimuleringar av blödning, kronisk bestrålning och stamcellstransplantation visade att dynamiken i hybrid- och ODE-modellen skiljer sig markant i scenarier med stamcellsskador. Trots dessa skillnader i svar på stamcellsskador förklarar båda modellerna kliniska data för leukocytdynamik under fyra kemoterapiregimer. Slutsatser: ABM- och ODE-modellen visade sig vara kompatibel och kombinerades utan att ändra strukturen på båda modellerna. Den nya hybridmodellen introducerar modellförbättringar genom att överväga det proliferativa tillståndet hos stamceller och möjliggöra en cellcykelberoende effekt av kemoterapi. Vi har visat att den kan förklara och förutsäga granulopoietisk dynamik för en stor variation av scenarier såsom bestrålning, benmärgstransplantation, kemoterapi och tillväxtfaktorer. Den lovar därför att fungera som ett värdefullt verktyg för studier i ett bredare spektrum av kliniska tillämpningar, särskilt när det gäller aktivering och spridning av stamceller.
Krinner m.fl. REF kopplade ihop en agentbaserad modell av hematopoetiska stamceller med en ODE-modell av granulopoiesis och implementerade denna flerskaliga modell i Matlab.
Merging concepts - coupling an agent-based model of hematopoietic stem cells with an ODE model of granulopoiesis
{'venue': 'BMC Systems Biology', 'journal': 'BMC Systems Biology', 'mag_field_of_study': ['Biology', 'Medicine', 'Computer Science']}