SimBiology

对生物系统进行建模、仿真和分析

 

SimBiology® 提供一系列 App 和可编程工具,用于对动态系统进行建模、仿真和分析,主要用于定量系统药理学 (QSP)、基于生理学的药代动力学 (PBPK) 和药代动力学/药效动力学 (PK/PD) 应用。您可以使用 SimBiology 模块图编辑器交互式构建模型,或使用 MATLAB® 语言以编程方式构建模型。您可以从头开始创建模型,可以采用 SBML 格式化文件形式导入模型,也可以在 SimBiology 模型示例的基础上构建模型。

SimBiology 提供了多种方法,用于分析不同复杂度、不同大小的基于 ODE 的模型。您可以运行仿真来评估靶标可行性、预测药物功效和安全性,并确定最佳给药方案。您可以使用局部和全局敏感度分析来确定重要通路和参数,并通过运行参数扫描来评估生物学差异。要估计参数,可以使用非线性回归和非线性混合效应方法对数据进行拟合,并执行非房室模型分析 (NCA)。

开始:

SimBiology 社区

汇聚众多使用 SimBiology 和 MATLAB 进行 QSP、PBPK 和 PK/PD 建模的科学家。

构建模型

使用 SimBiology 模型构建器构建定量系统药理学 (QSP)、生理药代动力学 (PBPK) 或药代动力学/药效动力学 (PK/PD) 模型,就像在纸上画出模型一样轻松简单。

指定模型动力学

通过拖放式模块图编辑器或使用编程工具来构建 QSP、PBPK 或 PK/PD 模型。从系统生物学标记语言 (SBML) 文件导入现有模型。

创建模型变体

使用模型变体存储一组与基本模型配置不同的参数值或初始条件。轻松仿真虚拟患者、备选药物、替代方案和假设分析,而无需创建多个模型副本。

将备用数量值存储为模型变体。

评估给药策略

定义和评估给药策略。通过合并针对不同药物靶标的给药方案,评估联合疗法的益处并确定最佳给药策略。

仿真模型

使用 SimBiology 模型分析器或编程工具,通过各种确定性求解器和随机求解器对模型的动态行为进行仿真。

选择求解器

选择一个确定性求解器,例如MATLAB ODE 求解器SUNDIALS 求解器;或者选择一个随机求解器,例如随机仿真算法 (SSA)、显式 tau-leaping 和隐式 tau-leaping 求解器。

自动化单位转换

选择最适合您模型的单位;例如以毫克为单位指定给药剂量、以毫微克/毫升为单位指定药物浓度,以升为单位指定血浆体积。单位转换工具将模型和数据中的所有数量转换到一致的单位制。

指定单位并自动执行单位转换。

加速仿真

通过将模型转换为已编译的 C 代码,加速仿真大型模型或蒙特卡罗模拟。使用 Parallel Computing Toolbox™ 在多个核心、集群或云计算资源上分布式执行仿真,进一步提升性能。

通过扩展到集群和云提高仿真性能。

估计模型参数

将实验时程数据拟合到模型以估计模型参数。执行非房室模型分析 (NCA) 以计算 PK 参数。

非房室模型分析

根据药物浓度的时程测量数据计算药物的药代动力学参数,而不假设房室模型。使用稀疏或连续采样,对单剂量或多剂量给药的实验和仿真数据执行 NCA。

对以线性和半对数标度显示的浓度-时间数据执行 AUC 计算。

非线性回归

使用局部或全局估计方法估计参数,并计算参数和模型预测值的置信区间。独立拟合每个组以生成特定于组的估计值,或同时拟合所有组以生成一组估计值。

两室 PK 模型的高斯参数置信区间。

非线性混合效应方法 (NLME)

通过随机逼近期望最大化法 (SAEM)、条件一阶线性化算法 (FOCE)、一阶估算法 (FO)、线性混合效应 (LME) 近似法或受限 LME 近似法,使用 NLME 方法来拟合群体数据。

非线性混合效应法的进度图。

分析模型

执行敏感度分析、参数扫描和蒙特卡罗模拟,以探索参数和条件对模型行为的影响。

内置程序和交互式探查工具

使用 SimBiology 模型分析器,基于内置分析步骤编写分析程序。使用滑块以交互方式探索参数或给药方案变化对模型结果的影响。

局部和全局敏感度分析

通过执行局部或全局敏感度分析,探索模型中的量变对模型响应的影响。通过全局敏感度分析,了解参数空间中的哪个模型输入驱动了模型响应,并获得参数估计策略所需的信息。

自定义分析

在 SimBiology 中,使用 MATLAB 脚本以编程方式自动分析和创建自定义分析。您还可以利用在线社区的用户自建工具实现附加功能,对您的 SimBiology 模型执行自定义分析,例如虚拟人群仿真。

SimBiology 在线社区的用户自建工具。

部署模型

使用 App 设计工具创建模型探查应用程序,并使用 MATLAB Compiler 将其打包。将 SimBiology 仿真共享给无法使用 MATLAB 和 SimBiology 的合作者,同时无需公开建模细节。

构建和部署 Web App

您可以使用 App 设计工具创建 App,使用 MATLAB Compiler™ 将其打包,然后使用 MATLAB Web App Server™ 托管这些 App。合作者可以使用浏览器访问和运行 Web App,无需安装任何软件。

在浏览器上运行的靶向介导药物处置 (TMDD) 仿真 Web App。

最新特性

SimBiology 模型构建器

在一个整合视图中使用图表和表格模式交互地构建模型。

全局敏感度分析 (GSA)

通过计算 Sobol 指数和执行多参数 GSA,探索模型中的量变对模型响应的影响

可观测值

执行仿真后计算,例如计算曲线下方面积 (AUC),并将其用作仿真、数据拟合或全局敏感度分析的响应

关于这些特性和相应函数的详细信息,请参阅发行说明