CellML & CORCellML & COR

Alan Garny(Prof. Denis Noble & Dr Peter Kohl)

CellMLCellML

____________________________________________________________CellML – IntroductionCellML – Introduction

Un langage XML qui permet d’échanger des modèles décrivant des processus cellulaires et sous-cellulaires.

CellML utilise MathML pour décrire les modèles de manière mathématique.

Un modèle consiste de composants. Chacun d’entre eux contient des variables et des équations mathémati-ques qui les manipulent.

Des metadata peuvent être incorporées via RDF (Resource Description Framework).

____________________________________________________________CellML – Principes de BaseCellML – Principes de Base

____________________________________________________________CellML – Structure d’un ModèleCellML – Structure d’un Modèle

Unités.

Composants.

Groupes.

Connections.

____________________________________________________________CellML – MathématiquesCellML – Mathématiques

____________________________________________________________CellML – Mathématiques (suite)CellML – Mathématiques (suite)

____________________________________________________________CellML – UnitésCellML – Unités

____________________________________________________________CellML – GroupementsCellML – Groupements

Contenu : pour spécifier la relation physique entre les différents composants.

Encapsulation : pour spécifier la relation logique entre les différents composants.

____________________________________________________________CellML – Groupements (suite)CellML – Groupements (suite)

____________________________________________________________CellML – RéactionsCellML – Réactions

____________________________________________________________CellML – Réactions (suite)CellML – Réactions (suite)

____________________________________________________________CellML – MetadataCellML – Metadata

____________________________________________________________CellML – DésavantagesCellML – Désavantages

Les commentaires ne peuvent qu’être faits par l’intermédiaire de RDF.

Gestion des groupements et connexions entre les différents composants/variables.

Très bien pour la modélisation cellulaire, mais pas adapté pour la modélisation multicellulaire.

____________________________________________________________CellML – FuturCellML – Futur

CellML 1.1 est maintenant disponible pour évaluation. La principale différence est la possibilité de réutiliser des composants d’autres modèles.

CellML s’est révélé plus versatile qu’initialement prévu. CellML ModelML.

Volonté de représenter un modèle avec OWL. Intégration avec, par exemple, BioPAX.

Connexion avec des outils/représentations OMG tels que UML ou MOF ? Intégration au groupe OMG des Sciences de la Vie ?

____________________________________________________________CellML – Futur (suite)CellML – Futur (suite)

Supprimer les réactions chimiques et biochimiques. Elles devront être converties en leur équivalent mathématique.

Supprimer tout ce qui est spécifique à un domaine particulier. Utilisation de RDF et OWL.

____________________________________________________________FieldML & AnatMLFieldML & AnatML

FieldML et AnatML sont deux autres langages XML développés par Auckland.

FieldML est utilisé pour décrire une structure dans le temps et l’espace.

AnatML a initialement été développé pour manipuler des informations et documentations géométriques obtenues durant un projet de modélisation du squelette et des muscles humains.

A l’heure actuelle, ces langages sont très liés à CMISS.

CORCOR

____________________________________________________________COR – IntroductionCOR – Introduction

COR (1) ? Le sens de COR change d’une langue à l’autre (e.g. le cœur en latin).

COR (2) ? Dans le contexte actuel, COR veut dire Cellular Open Resource.

Quoi ? Un environnement pour simuler des problèmes électrophysiologiques cellulaires et multicellulaires.

Pourquoi ? OxSoft HEART a du être stoppé après presque 20 ans de développement.

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).

iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).

Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).

iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).

Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).

Fichiers COM et IP

cm

____________________________________________________________Autres InterfacesAutres Interfaces

Also Virtual Cell (LM Loew), Continuity (AD McCulloch), Entelos® PhysioLab® (Entelos, Inc.), BioPSE (CR Johnson), CM16 (A Noma), etc.

LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60).

CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).

iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/).

Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/).

____________________________________________________________SpécificationsSpécifications

Remplacement pour OxSoft HEART 4.X, mais avec des fonctionnalités en plus.

Construit autour de CellML.

Les modèles ne sont pas codés en dur. A la place, ils sont stockés dans des fichiers qui peuvent être édités.

Disponible gratuitement, source code inclus.

Les modèles sont analysés et convertis en code machine (Intel x86) pour une optimisation optimale.

Permet la modélisation multicellulaire « simple ».

____________________________________________________________CellMLCellML<model name="hodgkin_huxley_squid_axon_1952“ cmeta:id="hodgkin_huxley_squid_axon_1952" xmlns=http://www.cellml.org/cellml/1.0# xmlns:cellml="http://www.cellml.org/cellml/1.0#" xmlns:cmeta="http://www.cellml.org/metadata/1.0#"> ... <units name="millisecond"> <unit prefix="milli" units="second" /> </units> ... <component name="sodium_channel"> <variable name="i_Na" public_interface="out“ units="microA_per_cm2" /> ... <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <apply id="E_Na_calculation"><eq /> <ci>E_Na</ci> <apply><plus /> <ci>E_R</ci> <cn cellml:units="millivolt">115.0</cn> </apply> </apply> <apply id="i_Na_calculation"><eq /> <ci>i_Na</ci> <apply><times /> <ci>g_Na</ci> <apply><power /> <ci>m</ci> <cn cellml:units="dimensionless">3.0</cn> </apply> <ci>h</ci> <apply><minus /> <ci>V</ci> <ci>E_Na</ci> </apply> </apply> </apply> </math> </component> ...</model>

def model hodgkin_huxley_squid_axon_1952 as def unit millisecond from unit second {pref: milli}; enddef; ... def comp sodium_channel as var i_Na: microA_per_cm2 {pub: out}; ... E_Na = E_R+115.0{millivolt}; i_Na = g_Na*pow(m, 3.0{dimensionless})*h*(V-E_Na); enddef; ...enddef;

Fichier

API

CM Lisible

____________________________________________________________ConvivialitéConvivialité

ode(Xr1, time) = 50.0{dimensionless}/ (1.0{dimensionless}+ exp(-(V-5.0{millivolt})/9.0{millivolt}))* (1.0{dimensionless}-Xr1)- 0.05{dimensionless}* exp(-(V-5.0{millivolt});

Parmi les fonctionnalités : la représentation graphique d’une équation.

____________________________________________________________Exécution du ModèleExécution du Modèle

Différentes approches possibles :1. Pseudo-compilateur,2. Générer du code C, le compiler pour obtenir une

DLL utilisée par le programme,3. Générer du code machine.

FLD @A DD05 @AFLD @B DD05 @BFADDP ST(1) DEC1FLD @C DD05 @CFADDP ST(1) DEC1FSTP @D DD1D @D

FLD @A DD05 @AFADD @B DC05 @BFADD @C DC05 @CFSTP @D DD1D @D

D = A+B+C

____________________________________________________________Modélisation 0DModélisation 0D

____________________________________________________________Modélisation 1DModélisation 1D

____________________________________________________________2D Modelling2D Modelling

____________________________________________________________3D Modelling3D Modelling

____________________________________________________________Adresses UtilesAdresses Utiles

CellML : http://www.cellml.org/http://www.w3.org/xml/http://www.w3.org/math/http://www.w3.org/rdf/

http://www.bioeng.auckland.ac.nz/

COR : http://cor.physiol.ox.ac.uk/http://noble.physiol.ox.ac.uk/