生物细胞耦合机械与化学过程的建模与仿真语言

生物细胞是活性物质的典型例子。细胞感知并响应机械、化学和电环境刺激，表现出一系列行为，包括形态和机械性质的动态变化、化学摄取与分泌、细胞分化、增殖、死亡或迁移。对此类动态现象的建模与仿真带来了许多计算挑战。描述细胞动力学的建模语言必须能够自然地表示复杂的细胞内和细胞外空间结构，以及耦合的机械、化学和电过程。为了对领域专家有用，建模语言应基于问题领域原生的概念、术语和原理。然后编译器必须能够从这种基于物理动机的描述生成可执行模型。最后，可执行模型必须高效计算此类动态且非均匀现象的时间演化。我们提出了一种空间混合系统建模语言、编译器和基于无网格拉格朗日的仿真引擎，使领域专家能够使用自然的、生物学驱动的结构定义模型，并仿真作用于随时间变化数量的细胞及其环境的耦合细胞、机械和化学过程的时间演化。