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

CellML

______________________________ CellML – 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 Base ______________________________ CellML – Principes de Base

CellML – Structure d’un Modèle ______________________________ CellML – Structure d’un Modèle Unités. Composants. Groupes. Connections.

CellML – Mathématiques ______________________________ CellML – Mathématiques

CellML – Mathématiques (suite) ______________________________ CellML – Mathématiques (suite)

______________________________ CellML – Unités

______________________________ CellML – 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 – Réactions

CellML – Réactions (suite) ______________________________ CellML – Réactions (suite)

______________________________ CellML – Metadata RDF : Resource Description Framework

______________________________ CellML – 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 – 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. OWL : Ontology Web Language OMG : Object Management Group UML : Unified Modelling Language MOF : Meta Object Facility Connexion avec des outils/représentations OMG tels que UML ou MOF ? Intégration au groupe OMG des Sciences de la Vie ?

______________________________ 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 & 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.

COR

______________________________ COR – 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 Interfaces LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60). The normal sinus rhythm.

______________________________ Autres Interfaces LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60). The normal sinus rhythm.

______________________________ Autres 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/). The normal sinus rhythm.

______________________________ Autres 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/). The normal sinus rhythm.

______________________________ Autres 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/). Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/). The normal sinus rhythm.

______________________________ Autres 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/). Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/). The normal sinus rhythm.

______________________________ Autres 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/). Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/). The normal sinus rhythm. CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).

______________________________ Autres Interfaces LabHEART (JL Puglisi and DM Bers, Am J Physiol Cell Physiol. 2001; 281: C2049-60). Fichiers COM et IP iCell (SS Demir, http://ssd1.bme.memphis.edu/ icell/). Cell Editor™ (fait partie d’In Silico Cell™, Physiome Sciences, Inc., http://www.physiome.com/). cm The normal sinus rhythm. CMISS (PJ Hunter, http://www.cmiss.org/).

______________________________ Autres 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/). The normal sinus rhythm. Also Virtual Cell (LM Loew), Continuity (AD McCulloch), Entelos® PhysioLab® (Entelos, Inc.), BioPSE (CR Johnson), CM16 (A Noma), etc.

______________________________ Spécifications 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. Les modèles sont analysés et convertis en code machine (Intel x86) pour une optimisation optimale. Permet la modélisation multicellulaire « simple ». Disponible gratuitement, source code inclus.

______________________________ CellML <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 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> <ci>h</ci> <apply><minus /> <ci>V</ci> </math> </component> </model> Fichier API CM Lisible 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);

______________________________ Convivialité Parmi les fonctionnalités : la représentation graphique d’une équation. 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});

______________________________ Exécution du Modèle Différentes approches possibles : Pseudo-compilateur, Générer du code C, le compiler pour obtenir une DLL utilisée par le programme, Générer du code machine. D = A+B+C FLD @A DD05 @A FLD @B DD05 @B FADDP ST(1) DEC1 FLD @C DD05 @C FSTP @D DD1D @D FLD @A DD05 @A FADD @B DC05 @B FADD @C DC05 @C FSTP @D DD1D @D

______________________________ Modélisation 0D

______________________________ Modélisation 1D

______________________________ 2D Modelling

______________________________ 3D Modelling

______________________________ Adresses 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/