专利名称：Systems and methods for cell-centric simulation and cell-based models ...的制作方法
技术领域：
本披露总体上涉及用于对一种或多种生物事件建模的模拟系统和计算机可执行 的方法。
背景技术：
体内和体外生物研究方法用于理解生物系统对多种实验条件或测试的反应，例如 细胞生长条件、压力、或对药物的暴露。生物系统的复杂性可阻碍解释特定生物通路或机制 研究得到的体内实验结果。体外研究可帮助解析这些体内研究中得到的实验结果，但只是 通过从生理条件下分离实验系统。生物系统的计算机模拟具有潜力，可保持目标过程和结构在合理的完整和详细的 环境中，但仍然允许研究者获得具体的感兴趣的和具体来源的目标数据。即，计算机模拟允 许不分离的解剖。当用作互补和辅助工具时，计算机模拟可立即使得体外和体内研究更加 有效，并且在某些情况下，减少伦理问题。但是计算机模拟技术目前的状态受限于有限的应用、僵化的自上而下的设计、以 及静态的形式，其仅提供生物形式和功能的肤浅模仿，不能进行扰动(perturbations)、突 变和动态过程的开放式研究，而且需要输入通路、状态、或结构的完整知识。附图的简要说明在附图中，相同的数字指示相同的元件或动作。附图中元件的尺寸和相对位置不 一定按比例绘制。例如，多种元件的形状和角度不是按比例绘制，这些元件中的某些被任意 扩大和定位以改善绘图的易辨认性。进一步地，元件的特定形状的绘制不是要传达关于特 定元件的实际形状的任何信息，其选择仅仅是为了在附图中易于识别。图IA是框图，描述了如本披露中一种实施方式的模拟系统的元件。图IB是示意框图，描述了如本披露中一种实施方式的生物事件建模的模拟环境 的各方面。
图2是个体发育模型的示意流程图，描述了如本披露中一种实施方式的基因表 达、代谢、细胞信号转导、感知过程和基因调控之间的关系。图3A是流程图，描述了如本披露中一种实施方式的由模拟系统调用的一种或多 种生物事件的建模的程序。图3B是流程图，描述了如本披露中一种实施方式的由模拟系统支持的生物事件 的建模的另一种程序。图4是示意流程图，描述了如本披露中一种实施方式的在虚拟细胞中的基因单元 之间的相互作用。图5是示意流程图，描述了如本披露中一种实施方式的在虚拟细胞中的和在邻近 虚拟细胞中的基因单元和基因单元产物之间的相互作用。图6是示意流程图，描述了如本披露中一种实施方式的在虚拟细胞中的和在邻近 虚拟细胞中能建立细胞状态的基因单元和基因单元产物之间的相互作用。图7A-7C是等距的视图，描述了如本披露中一种实施方式的细胞分裂事件的模 拟，包括初始的细胞分裂事件和导致两种细胞种类的分化事件(7A)，第二种细胞分裂事件 的模拟，其得到两个细胞代表每种细胞种类(7B)，以及回复事件的模拟(7C)。图8A和8B是示意流程图，描述了解释流程图的图例，描述了如本披露中一种实施 方式的在模拟的信号转导和基因调控网络(SGRN)中的分子和作用。图9是示意流程图，描述了如本披露中一种实施方式的用于模拟多细胞组织发育 的模拟的SGRN。
图10是流程图，描述了如本披露中一种实施方式的使用细胞放置的鸡蛋纸盒 (egg-carton)模型用st印Physics模块调用的程序。图11A-11C是示意框图，描述了如本披露中更多实施方式的放置细胞的平面鸡蛋 纸盒模型(IlA)，描述了增加新的虚拟细胞后(IlB)，和除去一个虚拟细胞后(IlC)虚拟细 胞放置的配置。图12是流程图，描述了如本披露的一种实施方式的使用细胞放置的自由空间模 型用st印Physics模块调用的程序。图13A-13C是示意框图，描述了如本披露的一种实施方式的使用实心球体自由空 间模型进行的模拟的细胞分裂和细胞生长事件。图14A-14C是示意框图，描述了如本披露的一种实施方式的使用实心球体自由空 间模型进行的多个虚拟细胞的模拟的细胞生长和细胞空间解决(resolution)事件。图15是流程图，描述了如本披露的一种实施方式的使用实心球体自由空间模型 进行的多个虚拟细胞的解决细胞重叠和超调(overshoot)事件，用st印Physics模块调用 的程序。图16A-16D是示意框图，描述了如本披露的一种实施方式的在实心球体间力的模 拟的分布，在施加力到一组相连的实心球体的一个时，不具有(16A和16B)和具有(16C和 16D)球体头尾相连。图17A和17B是等距的视图，描述了如本披露的一种实施方式的两个模拟的细胞， 是用球体自由空间模型，用(17A)或不用(17B)可视化内部亚球体。图18是等距的视图，描述了如本披露的一种实施方式的两个模拟的细胞，其行为按照模拟的力进行，模拟的力是由细胞内粘附规律确定的。图19是示意框图，描述了如本披露的一种实施方式的一种实施方式用于计算在 虚拟细胞中放置亚球体的力矩之和，用于确定模拟的细胞的所得的空间定位。图20是图，描述了如本披露的一种实施方式的模拟的分子与模拟的调控基因之 间相互作用的上升曲线，其中该分子和基因单元之间的亲和力等于1。图21是等距的视图，描述了如本披露的一种实施方式的模拟的细胞层，包括虚拟 干细胞，如在实施例2中的G2节中描述的生物事件的模拟。图22是示意图，描述了上皮组织发育中短暂扩充细胞的作用。图23A-23D是等距的视图，描述了如本披露的一种实施方式的模拟的上皮组织， 其中模拟的基底膜为高亮显示(23A)，模拟的组织干细胞为高亮显示(23B)，模拟的邻近干 细胞的细胞为高亮显示(23C)，以及模拟的产脂细胞群体为高亮显示(23D)。图24A-240是示意流程图，描述了如本披露的一种实施方式的分子和作用，虚拟 基因和基因产物，和化学相互作用规则，用于建模多细胞组织，如实施例1中的C和Gl节中 描述的生物事件的模拟。图25A-25K是示意流程图，描述了如本披露的一种实施方式的分子和作用，虚拟 基因和基因产物，和化学相互作用规则，用于建模多细胞组织，如实施例2中的G2节中描述 的生物事件的模拟。图26是示意流程图，描述了如本披露的一种实施方式的模拟的SGRN用于模拟具 有干细胞小生境的多细胞组织的发育，如实施例2中的G2节中描述的生物事件的模拟。图27A-27JJ是示意流程图，描述了如本披露的一种实施方式的分子和作用，虚拟 基因和基因产物，和化学相互作用规则，用于建模多细胞上皮组织，如实施例3中的G3节中 描述的生物事件的模拟。图28是基本和适当的计算机的框图，其可使用本披露的某些方面。图29是框图，描述了简单但适当的系统，其中本披露的某些方面可在联网的计算 机环境中操作。图30是示意框图，描述了如本披露的一种实施方式的图29中的计算装置的亚组 分。具体发明说明Al.总论本披露提供的系统和方法能够对生物事件进行计算机执行的建模。在某些实施方 式中，提供了用于以细胞为中心进行模拟的系统和方法。在其他实施方式中，以细胞为中心 进行模拟能顺应环境的反馈。在一种实施方式中，能按照可配置的模拟信息执行以细胞为 中心进行模拟。在另一种实施方式中，如本披露所描述的，生物事件的模拟能按照在前一模 拟事件中捕捉到的信息和储存在可配置的文件中的信息，自动执行附加的模拟事件。生物 事件的模拟能包括对同时发生和/或按顺序发生的多种生物事件的模拟。在某些实施方 式中，生物事件的模拟能包括对生物过程建模(如多细胞组织的发育，多能细胞的分化，等 等)，其中建模产生一种或多种具有突现性能的虚拟细胞。在一种实施方式中，用于建模生物事件的模拟系统包括处理器、多个用于在处理 器上执行的模块。例如，该系统包括接收模块，用于接收可配置的模拟信息，和初始模块，用于按照可配置的模拟信息初始化个体发育引擎至初始步边界。该系统还包括推进模块，用 于按照可配置的模拟信息和当前的步边界，将个体发育引擎从当前的步边界推进至下一步 边界，该推进包括执行StepCells功能。该系统还进一步包括停止检测模块，用于继续执行 推进模块直到遇见停止条件。在另外的实施方式中，该推进步骤还可以包括执行一种或多 种st印Physiscs功能，killCells功能和st印ECM功能。本披露的另一个方面涉及生物事件建模的计算机执行的方法。该方法包括接收可 配置的模拟信息，以及按照该可配置的模拟信息初始化个体发育引擎至初始步边界。该方 法还包括按照可配置的模拟信息和当前的步边界，将个体发育引擎从当前的步边界推进至 下一步边界。该推进包括执行StepCells功能。该方法还进一步包括继续进行该推进直到 遇见停止条件。在另一种实施方式中，本申请设计一种计算机建模的方法。例如，该方法能用于 对虚拟的多细胞组织建模，该组织具有突现的性质，如自我修复，对改变的环境做出适应性 反应，或细胞的分化。该方法包括对虚拟的细胞指定含有一组基因单元的可遗传的虚拟基 因组，其中每个基因单元具有一个基因控制区，其根据虚拟环境中的分子指明该基因单元 的活性，以及一个结构区，其指明该基因蛋白生产的分子或多个分子的种类，其中由该组基 因单元生产的该多个分子包括至少以下的一个(al)细胞间粘附分子、(a2)细胞分裂分子、 (a3)细胞生长分子、(a4)细胞间信号转导分子、和(a5)细胞分化分子。在某些实施方式 中，由该组基因单元生产的该多个分子包括选自分子种类(al)_(a5)中的两种或多种分子 种类的组合。该方法还能包括指定以下的至少一种(bl)化学相互作用规则，用以控制在虚拟 环境中的遗传以外的行为，(b2)作用规则，用以促进细胞粘附、生长、或细胞分裂条件，(b3) 物理相互作用规则，用以在虚拟环境中根据一种或多种变化控制细胞运动。该方法还能进 一步包括将至少一个虚拟细胞放置在虚拟环境中。在某些实施方式中，虚拟细胞能含有至 少一种分子，其能够激活指定给该虚拟细胞的基因单元。该方法能进一步包括更新虚拟环境中虚拟细胞的状态，通过更新在虚拟细胞中的 基因单元生产的分子的状态，应用化学相互作用规则来更新在虚拟细胞中存在的分子的状 态，以及，任选地，在虚拟环境中，应用作用规则来更新虚拟细胞进行的粘附、生长或分裂作 用，以及应用物理相互作用规则来更新虚拟细胞相对于虚拟环境的位置。该方法还能包括 重复更新步骤直到发育出具有一种或多种期望的突现性能的虚拟多细胞组织。在一种实施 方式中，该更新步骤持续进行直到发育出的虚拟多细胞组织达到成熟的状态(如，类似于 生物稳态(homeostasis)的状态)。例如，成熟的状态可以是一种状态，其(i)虚拟细胞的 状态不随时间改变，(ii)至少某些虚拟细胞的状态在稳定细胞状态周围波动，或(iii)濒 死的虚拟细胞被分裂中的虚拟细胞的子细胞替代。在虚拟基因组中的一组基因单元能包含基因单元，其基因产物，不管是自己还是 通过化学相互作用规则，起作用以引发关于细胞间粘附的作用规则、引发关于细胞分裂的 作用规则，引发关于细胞生长的作用规则，生产转运出虚拟环境的分子，和/或引发细胞分 化。在某些实施方式中，指定的作用规则能包括关于细胞粘附力的塑性、弹性和刚性的规 则。在某些情况下，物理相互作用规则能包括基于虚拟细胞间的重叠程度来计算细胞间力的规则，用于在StepPhysics操作中解决细胞重叠。在其他的实施方式中，物理相互作 用规则可以包括计算两个或多个虚拟细胞间的分隔距离的规则，以及在stepPhysics操作 中解决两个或多个分离的虚拟细胞间的粘附连接的规则。在某些实施方式中，虚拟细胞能被指定为球体，其从细胞生长和细胞分裂中一直 被保留。在这样的实施方式中，细胞间力能应用在第一个虚拟细胞的中心点和第二个虚拟 细胞的中心点之间。在其他的实施方式中，虚拟细胞能被指定为多个球体亚细胞，相互连接以模拟可 顺应多种形状的自由形态细胞。在一种实施方式中，多种球体亚细胞能被指定具有细胞间 粘附力，这样亚细胞对相同虚拟细胞的邻接亚细胞具有亲和力。还能计算第一个虚拟细胞 的亚细胞和第二个虚拟细胞的亚细胞之间的细胞间粘附力。例如，物理相互作用规则能包 括计算分别属于相同和/或邻接虚拟细胞的亚细胞间的细胞内和细胞间力。另外，物理相 互作用规则能包括在stepPhysics操作中解决亚细胞重叠和/或亚细胞分离。在一种实施方式中，计算机建模的方法能进一步包括应用可视化引擎来显示模拟 进程(如，组织发育的建模)的进度和/或结果的图形、数字和/或文字数字代表。在进一步 的实施方式中，计算机建模的方法能包括调整可配置的模拟信息的一个或多个参数。对一 个或多个参数的调整能包括调整选自下组的一个或多个参数(i)虚拟环境分子轮廓(如， 分子的种类或分布)；(ii)化学相互作用规则；(iii)作用规则；(iv)物理相互作用规则； 和(ν)该组基因单元。在一种实施方式中，该推进步骤能持续进行直到虚拟的多细胞组织达到生物稳态 的状态。在这种实施方式中，计算机建模的方法能进一步包括以下的至少一种(1)扰动虚 拟组织的形状，并应用推进和重复步骤直到虚拟组织回复到生物稳态的状态；(2)改变虚 拟环境分子轮廓，并应用推进和重复步骤直到虚拟组织回复到生物稳态的状态；(3)从虚 拟组织中杀死或除去细胞，并应用推进和重复步骤直到虚拟组织回复到生物稳态的状态。本披露的其他方法涉及具有突现的性质(如，自我修复、对改变的环境的适应性 反应、组织分化等)的多细胞虚拟组织。在一种实施方式中，该多细胞虚拟组织能包含至少 一种多能细胞，其能够向非多能细胞种类分裂和分化，至少为一种或多种非多能细胞种类。 进一步地，虚拟组织能包括多种虚拟细胞层，其中在多层虚拟层中的每一层中的虚拟细胞 相对于其他虚拟细胞层的每一层来说，都不同地专门化。以下的描述提供了具体的细节，供完全理解并实施本披露的这些实施方式。然而， 本领域的技术人员会理解，本披露的实施可以无需这些细节。另外，某些公知的结构或功能 可能未在细节中显示或描述，以避免不必要地弱化多种实施方式的相关描述。A2.术语定义下面的术语具有以下的定义，除非另有说明在生物学中，“细胞”是所有有机体中活物质的基本单位。细胞是一种自我维持的 系统，使用化学和物理机制来获取能量和/或材料来满足养分和能量的需求。在具有自身 复制能力，例如通过细胞分裂、显示了生命现象的所有特征的生物组织中，细胞代表最简单 的级别。“虚拟细胞”，在本披露中指计算机模拟的生物细胞的类似物(如，模拟的细胞、模 仿的细胞)。例如，虚拟细胞通过细胞载体，如虚拟细胞“膜”，与其环境(如模拟的细胞外 基质、模拟的底物、其他虚拟细胞等)分离开，这样细胞能被认为是具有与细胞外环境分离开的细胞内空间的离散单位。虚拟细胞还能具有虚拟基因组，其含有多个虚拟基因或基因单元，其能赋予细胞 多数模拟的细胞功能。例如，虚拟基因能提供某种方式，由此模拟基础细胞功能，其中基础 细胞功能能包括，但不限于，(1)基因表达、(2)细胞代谢、(3)细胞分裂、和/或(4)细胞生 长。在某些实施方式中，虚拟细胞(“细胞”)能含有一个或多个基因单元(如，虚拟基因、虚 拟基因产物、分子等)，其可在模拟中被影响从而在模拟中调用细胞“死亡”或清除。在进一 步的实施方式中，细胞能含有一个或多个基因单元，在模拟中能被影响从而调用生物事件， 例如从一种细胞状态或细胞种类分化成另一种细胞状态或细胞种类(如，细胞分化的不同 状态)。虚拟基因组能提供一种模板，以实现一种或多种生物事件的模拟，包括细胞生长、 细胞分裂、细胞稳态、细胞死亡、细胞分化、组织形成等的模拟。在一种实施方式中，虚拟基 因组可以是在虚拟细胞中指定或应用的基因单元的集合。在另一种实施方式中，虚拟基因 组可以是在虚拟细胞中指定或应用的基因单元的亚集合。例如，在某些实施方式中，细胞可 以具有多于一个的虚拟基因组，其中每个虚拟基因组包括一组基因单元，其可以用于一种 特定的功能类别(如，代谢基因组、细胞原始基因组[下文有述]、成纤维细胞发育基因组、 干细胞基因组、神经细胞基因组，等)。“虚拟基因”(如基因单元、基因组装)是指生物基因的计算机模拟类似物，可能是 抽象化过的。每个基因单元具有基因控制“区域”，其调控(如，根据环境中和/或细胞中的 分子的存在或缺失)基因单元的活性状态或活性水平(如，低、高、弱化的等)。例如，在一 种实施方式中，分子能基于它们的存在、缺失、在环境中的位置、在环境中的运动等，正向和 /或反向调控基因控制区。在进一步的实施方式中，在大环境和/或微环境中的一定数量的 分子能弱化模拟的反应(如，高活性、低活性等)。在另外的实施方式中，不止一种分子能 与基因控制区相互作用，从而进一步弱化基因单元在模拟中对环境反应出的活性。除控制 区外，基因单元能具有结构“区域”(如，用于指明该基因单元生产的分子或多个分子的种类 的信息)。例如，生长基因单元可以被表示为[DiffuseNutrients. 18，NeighborPresent-3] [Growth]，指明生长分子被扩散的养分(DiffuseNutrients)适当提高(0. 18)，被存在的邻 近物质(NeighborPresent)强烈抑制(-3. 00)。在某些实施方式中，结构区能指明该基因单 元产生的不止一种的分子。虚拟“环境”能包括生物细胞环境的计算机模拟类似物，可能是抽象化过的。本披 露中的术语“环境”，能指细胞外和细胞内环境，因此包括在模拟系统中的一种或多种虚拟 细胞占据的全部空间或体积，以及放置细胞的虚拟空间。在一种实施方式中，该环境可以是 均一的(如，存在的分子为均一分布，不论其位置(如，坐标)，都可以在环境中存在的一种 或多种细胞中调用模拟的生物事件)。在另一种实施方式中，该环境可以是非均一的，或由 多种微环境组成。例如，第一种微环境可以包括第一组分子，第二种微环境可以包括第二组 分子。在第一种和第二种微环境中分别存在的虚拟细胞可以被差异化地影响(因此表现出 差异化的模拟的行为)。按照本披露的一种实施方式，细胞内环境还可以是均一地和/或不同地配置。例 如，虚拟细胞可以根据分子的分布而离散地或非离散地细分。因此，可以使用本披露中描述 的模拟系统应用更加复杂的细节层级，以模仿天然生物系统的错综复杂。
本披露中的“分子”，是指生物系统中找到的分子的计算机模拟类似物，可能是抽 象化过的。例如，分子是指可以通过虚拟基因生产，或者引入环境中的，或者通过化学相互 作用规则转化成的虚拟化合物或资源。可以对分子应用某种或一组功能，从而，当该分子存 在时，其可影响一种或多种虚拟细胞的状态，例如，通过其与虚拟细胞中的其他分子和/或 基因单元等相互作用。分子，不管是以单数或复数形式使用，都是指模型种类的集合。分子 可以提供强度值，表明分子在虚拟环境或细胞中的相对量或存在。在模拟中可以改变强度 值(如，相对浓度)。“化学方程”或“化学相互作用规则”是指一组方程，其能模拟遗传以外的(如，非 基因)行为和细胞内和/或细胞外分子的相互作用，例如由基因单元活性产生的产品，模拟 的细胞受体、模拟的细胞转运体，等。“作用规则”可以在计算机中提供和调用，以模拟细胞粘附事件、生长事件、分裂事 件和/或细胞周期的阶段，等。例如，作用规则可以是一组操作性的指令，在满足一种或多 种预先配置的条件时被调用。例如，作用规则可以用于，至少部分用于，模拟邻接细胞对细 胞的影响和/或细胞对邻接细胞的影响。作用规则还可以用于，至少部分用于，模拟细胞生 长成更大的细胞尺寸或从一个细胞分裂成两个细胞。在某些实施方式中，作用规则可以是 根据一种或多种环境中存在的分子而调用的反应，如涉及细胞内粘附、细胞生长、细胞分裂 等的基因单元生产的那些分子。“物理相互作用规则”可以在计算机中提供和调用，当应对细胞自身模拟的生长、 模拟的分裂、邻近细胞的模拟生长和/或分裂时，和/或当应对环境施加的物理限制或扰动 时，模拟细胞会如何运动。“分子轮廓(molecule profile) ”可以用于定义对于特定环境中(如，大环境、微 环境等)，或虚拟细胞中(如细胞内环境)，分子的种类、每种分子的分布、每种分子的浓度， 等。环境中或虚拟细胞中的分子浓度和/或梯度的改变可以被定义为分子流。在模拟期间， 分子轮廓可以随着模拟诱导的分子流而改变。基因单元可以作为产生分子的模板，其可提供细胞功能或活性(在模拟的条件 中)，例如细胞内粘附、细胞分裂、细胞生长、细胞内信号转导等。因此，在模拟条件中的分子 流可以改变虚拟细胞和/或邻接细胞的状态或多种状态。作为在生物系统中识别出的分子 机制的代表，分子和/或其他资源可以在生物系统的整体环境中影响特定角色或功能，例 如，通过直接或间接调用作用和/或物理相互作用规则，通过化学相互作用规则与其他分 子进行相互作用，等。本领域的普通技术人员会知道从基因单元衍生出的分子可以在模拟 的条件中提供不止一种功能。“细胞原始能力”是指虚拟细胞能进行的最简单的操作或行为(如，分裂的能力、长 大的能力、运动的能力，等)。细胞的所有其他操作可以是这样的细胞原始能力和/或细胞 原始能力和虚拟细胞能进行的其他操作或行为的组合。“虚拟组织”是虚拟细胞的集合，其整体在模拟的条件中具有形状和功能特性。在 生物学中，组织是细胞的团块，其衍生自相同来源但其本身不一定相同，其一起工作进行特 定的功能或一组功能。例如，组织(如上皮、肌肉、神经、结缔、脉管，等)可以被认为是介于 个体细胞和有机体(如动物、植物)之间的细胞组织形式。“细胞信号转导”可以指一种事件，其中分子被指定了信号转导功能，其在虚拟环境中可获得(如，在模拟过程中和/或从基因单元的进程中产生)，该事件可影响在那种环 境中的一种或多种细胞的行为。例如，在一个虚拟细胞中的一种“信号转导”分子的模拟生 成，可以在下一步中，与第二种虚拟细胞中或第二种虚拟细胞上的“受体”分子相互作用。当 模拟细胞信号转导过程时，化学相互作用规则能进一步影响在第二种虚拟细胞中的行为变 化(如，在第二种细胞中的一种或多种基因单元的激活，等)。“信号”分子可以指位于虚拟细胞外侧的养分或其他分子，其可以直接或间接地影 响在模拟条件的环境中细胞的行为。例如，信号分子的存在可以大量产生(spawn)模拟反 应，如在虚拟细胞中转运入该信号分子，与基因单元的控制区相互作用，与细胞表面受体分 子相互作用，等。“受体”分子当存在时，可以位于虚拟细胞的表面(如，细胞载体，细胞膜等)。通过 调用的化学相互作用规则，在具有信号转导功能的细胞外分子与位于虚拟细胞表面的受体 分子之间的相互作用，可以通过调用一种或多种化学相互作用规则、作用规则或其他规则， 直接或间接地影响细胞的行为。“邻接细胞”，当应用于指明的虚拟细胞时，是指在模拟环境中与那个细胞相接触 和/或直接相邻于那个细胞的其他细胞。在一种实施方式中，细胞的最简单的邻近物质由 那些空间上靠近(接触)感兴趣的细胞的那些细胞组成。但是，在其他的实施方式中，细胞 的邻近物质可以被配置为一组任意的细胞。例如，邻近物质(从这些细胞/向这些细胞接 收/发送信号)可以包括不邻接的细胞，正如在体内时细胞可以通过激素向非本地的细胞 传递信号。有机体或组织的“表型”是指有机体或组织对象的可观察到的特质、外表、性质、功 能和行为。“物理限制”是指由于邻接细胞的存在或组织的尺寸限制，而对细胞的位置和/或 生长施加的限制。“全能细胞”是指一种细胞，其能够通过一轮或更多轮的模拟细胞分裂而形成其他 全能细胞、多能细胞、或分化的细胞种类。在生物学中，全能细胞可以在有机体中生成多种 细胞种类中的任何一种。“多能细胞”是指一种细胞，其可以生成能够分化成有限的不同细胞种类的子细 胞。例如，皮肤干细胞(如一种多能细胞)能生成多种皮肤细胞种类，但不能生成任何非皮 肤细胞种类的细胞。“干细胞”可以指全能细胞或多能细胞。例如，干细胞可以是未分化的或部分未分 化的细胞，其能无限分裂，这个过程能生成第一种子细胞其能进行终末分化事件，得到具有 特定细胞种类和/或功能的细胞。在每次后续的分裂事件中得到的第二种子细胞可以是干 细胞，其保留了增殖能力和未分化的状态或部分未分化的状态。“虚拟干细胞”、“虚拟全能细胞”、或“虚拟多能细胞”是指虚拟细胞，其具有类似于 它们的上述生物细胞对应物的性质。“生物稳态”是指一种有机体或细胞通过对其环境做出反应而调控其生理过程以 保持相对稳定的形状、温度、流体成分等的能力或趋势。“突现性能”或“突现行为”是指一种过程或能力，其存在于组织的一个级别，但 不存在于任何更低的级别，其依赖于特定的安排、组织、或与更低级别组分的相互作用。按
20照本披露的实施方式，虚拟组织的两种突现行为是(i)自我修复，诱导的反应，当细胞被杀 死、破坏或清除时细胞被替代，以及(ii)适应，即适合于不同条件的结构、功能或习性上的 改变，使得有机体得以生存和在特定环境或情况下生存。“间隔”是指时间期，通常指，而不是必然指，离散的时间期，在此期间形成虚拟组 织的细胞被更新，例如，当模拟或建模某生物事件时。“细胞分化”是一种过程，其中细胞在发育过程中获得更专门化的形式或功能。细 胞分化的描述可以是，部分地，根据增量和/或根据细胞向终末阶段转变的多种阶段。例 如，细胞分化的阶段可以包括转变的(commited)和/或专门化的阶段，其表示细胞的强分 化倾向，一种确定的阶段，其表示向分化状态的必然转变(inexorable commitment)，等。在 一个例子中，在早期动物胚胎发育中，多种相同的细胞最终向不同的分化途径转变，得到在 发育中动物的专门化的组织发育(如骨、心脏、肌肉、皮肤，等)。另见上述的关于多能和全 能的描述。B.计算环境的实施方式Bi.适合的计算系统图28和以下的讨论提供了适合的可执行本披露各方面的计算环境的总体描述。 虽然不是必需的，但对本披露的各方面和各实施例的描述会在计算机可执行的指令的总体 环境下进行描述，例如通过通用用途的计算机，如服务器或个人计算机执行的程序。相关 领域的技术人员会理解，本披露可以用其他计算机系统配置实施，包括互联网装置、掌上装 置、可佩戴的计算机、手机或移动电话、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电 器、机顶盒、网络个人计算机、微型计算机、大型计算机等等。本披露的实施可以在特定用途 的计算机或数据处理器上进行，其被特定地编程、配置或构建以进行下面详述的一种或多 种计算机可执行的指令。实际上，本披露中通用的术语“计算机”是指任何上述装置以及任 何数据处理器。本披露还可在分布的计算环境中实施，通过远程处理装置执行任务和模块，远程 处理装置通过通信网络相连，如局域网络(“LAN”)，广域网络(“WAN”)或互联网。在一种 分布的计算环境中，程序模块或亚程序可以既位于本地又位于远程记忆存储装置上。下面 描述的本披露的各方面可以储存或分布在计算机可读的介质上，包括磁可读或光可读以及 可移动的计算机磁盘，以固件储存在芯片中(例如，EEPROM芯片)，以及电子分布在互联网 上或在其他网络中(包括无线网络)。相关领域的技术人员会知道，本披露的部分可能存在 于服务器计算机中，而对应的部分存在于客户端计算机中。本披露的范围内还包括了本披 露的各方面相关的数据结构和数据的传输。在图28中，本披露的一种实施方式使用了计算机2800，如个人计算机或工作站， 其具有一个或多个处理器2801，与一个或多个用户输入装置2802和数据存储装置2804偶 联。计算机还与至少一个输出装置偶联，例如显示装置2806和一个或多个任选的附加的输 出装置2808(如，打印机、绘图仪、音箱、触觉的或嗅觉的输出装置，等)。计算机可以与外置 计算机偶联，例如通过任选的网络连接2810，无线收发机2812，或两者都有。输入装置2802可以包括键盘和/或指示装置如鼠标或触觉装置。也可使用其他 输入装置，如麦克风、操纵杆、笔、触摸屏、扫描仪、数码相机、录像机，等等。数据存储装置 2804可以包括任何种类的计算机可读介质，其可存储计算机2800可取得的数据，例如磁硬盘驱动和软盘驱动，光盘驱动、盒式磁带、磁带驱动、闪存卡、数码录像盘(DVD)、录音带盒 (Bernoulli cartridge), RAM(随机存储器)、R0M(只读内存)、智能卡等。实际上，可以使 用用于储存或传输计算机可读指令和数据的任何介质，包括网络上的连接端口或网络上的 联结点，例如局域网络(LAN)，广域网络或互联网(在图28中未显示出)。本披露的各方面可以在多种其他计算环境中实施。例如，在图29中，在网络界面 分布的计算环境包括一个或多个在系统2900中显示的计算装置2902 (如客户端计算机)， 每种包括远程客户模块2904，其允许该计算装置与网络2906 (如互联网、内联网等)获取 和交换数据，包括在互联网的万维网部分。计算装置2902可以与图28中描述的计算机实 质上相似。计算装置2902可以包括其他程序模块例如操作系统，一个或多个应用程序(如 文字处理或电子表格应用程序)等等。计算装置2902可以是通用用途的装置，其可被编程 以运行多种应用程序，或它们可以是单用途的装置，被优化或限定为特定功能或功能类别。 虽然显示的是用远程客户应用程序通过网络2906使用互联网协议或专属通信协议进行通 信，但是任何向用户提供图形用户界面的应用程序都可以使用(如，网络浏览器)，如下详 述。至少一个与网络2906 (如，互联网或内联网)偶联的服务器计算机2908，进行多数 或全部的功能，用于接收、导向和存储电子消息，如网页、数据流、音频信号、和电子图像。虽 然讨论了互联网，但是在某些应用中确实也可以优选私有的网络，如内联网。网络可以具有 客户端_服务器构造，其中计算机用于服务其他客户端计算机，或可以具有其他构造，如对 等构造，其中一个或多个计算机同时作为服务器和客户端。在某些实施方式中，与服务器计 算机偶联的数据库2910或多个数据库，可以存储在计算装置2902和服务器2908之间交换 的多数内容。服务器计算机，包括数据库，可以使用安全措施以阻止对系统的恶意攻击，并 保持存储在内的消息和数据的完整性(如，防火墙系统、安全套接层(SSL)、密码保护方案、 加密等等)。服务器计算机2908也可以含有内部内存组件2920。内存2920可以是标准内存、 安全内存或者两种内存种类的结合。内存2920和/或其他数据存储装置2910可以含有计 算机可读的介质，其含有计算装置指令2922，例如以细胞为中心的模拟器计算装置指令。计 算装置2908和2902的至少一种可以电子的方式进入编码的计算装置指令2922从而执行 该指令。在进一步的实施方式中，计算装置指令2922可以包括基本操作指令，以细胞为中 心的模拟器指令(如，源代码、可配置的模拟信息)等。服务器计算机908可以包括服务器引擎2912、网页管理组件2914、内容管理组件 2916、数据库管理组件2918和用户管理组件2924。服务器引擎执行基本的处理和操作系统 水平的任务。网页管理组件2914处理网页的生成和显示或导向。用户于是可以通过URL 相关的方式进入服务器计算机。内容管理组件2916处理这里描述的实施方式中的大多数 功能。数据库管理组件2918包括与数据库2910相关的存储和提取任务，对数据库的查询、 对数据库的读和写功能以及数据的存储如视频、图形和音频信号。用户管理组件2924可以 支持计算装置对服务器2908的认证。为了更特别的强调它们的执行独立性，这里描述的功能性单元的多数都已经被标 为模块。例如，模块可以在软件中通过多种处理器执行，例如处理器2801。一种识别的可执 行的模块可以，例如，包含一个或多个计算机指令的物理或逻辑框，其可以，例如，被组织成一种物体、过程、功能、或算法。计算机指令的识别的框不需要物理上一起定位，但可以包括 在不同位置处存储的不同指令，当其逻辑地结合起来时，包含该模块并实现该模块的已述 目的。模块还可以作为硬件回路执行，其包括惯例的VLSI回路或门阵列，现货供应的半 导体例如逻辑芯片、晶体管、或其他离散的组件。模块还可以在可编程的硬件设备上执行， 例如现场可编程门阵列，可编程阵列逻辑、可编程逻辑装置等等。可执行编码的模块可以是单条指令，或多条指令，还可以甚至分布在多个不同编 码段中，在不同的程序中及跨越多个内存装置。同样的，操作数据可以在模块中被识别和描 述，并可以以任何适合的形式体现并在数据结构的任何适合的种类中组织。操作数据可以 作为单个数据组收集，或者可以分布在不同的位置，包括在不同的存储装置间，并可以，至 少部分地，仅以电子信号的形式存在于系统或网络上。B2.用户系统和界面的实施方式图30是示意的框图，描述了如本披露的一种实施方式的图29中的计算装置2902 的亚组件。计算装置2902可以包括处理器3001、内存3002 (如SRAM、DRAM、闪存或其他内 存装置)，输入/出装置3003，和/或亚系统和其他组件3004。计算装置2902可以执行任 意的计算处理、存储、传感、成像、和/或其他功能等多种功能。计算装置的组件可以收容在 单个单位上，或分布在多个、相互连接的单位间(如，通过通信网络)。计算装置2902的组 件可以相应地包括本地和/或远程内存存储装置和任意的多种计算机可读介质。如图30中所述，处理器3001可以包括多个功能模块3006，例如软件模块，通过处 理器3001来执行。源代码(如，以常规的编程语言)的多种执行可以被存储在计算机可读 的存储介质上，或者可以以载波形式在传输介质上体现。处理器的模块3006可以包括输入 模块3008、数据库模块3010、处理模块3012、输出模块3014，和任选地，显示模块3016。操作中，输入模块3008通过图28中的一个或多个上述的输入装置接收操作者的 输入，并将接收的信息或选择与其他组件沟通以进行进一步的处理。数据库模块3010组织 了记录，包括模拟记录、可配置的模拟信息、生成的模型、和其他操作者活动，并协助这些记 录在数据存储装置上的存储和从数据存储装置上的提取(如，内部内存3002、外部数据库 2910，等)。任何种类的数据库组织都可以使用，包括平面文件系统、层次数据库、关联数据 库、分布数据库等。在如图30描述的计算环境中，处理模块3012能基于输入模块3008接收的操作 者的输入而产生模拟控制变量，模拟操作参数等，以及输出模块3014可以与外部计算装置 如服务器计算机3008沟通操作者的输入。在其他实施方式中，输出模块3008能接收服务 器传输的数据，例如服务器2908(例如通过网络2906)。显示模块3016可以通过一个或多 个相连的显示装置，如显示屏、打印机、话筒系统等，用于转换和传输模拟参数、生物事件建 模、输入数据等。在多种实施方式中，处理器3001可以是标准中央处理单位或安全处理器。安全处 理器可以是特定用途的处理器(如降低指令组的处理器)，其能承受企图提取数据或编程 逻辑的复杂攻击。安全处理器可以不具有调试密码，其能够使外部的调试器监控该安全处 理器的执行或注册。在其他的实施方式中，该系统可以使用安全现场编程门阵列、智能卡、 或其他安全装置。
内存3002可以是标准内存、安全内存，或两种内存种类的组合。通过使用安全处 理器和/或安全内存，系统可以保证数据和指令都高度安全，保护敏感的操作例如解密不 被发现。计算环境2900可以以多种形式接收用户输入。在一种实施方式中，从用户操作的 计算机界面3018 (即“用户界面”)接收数据。在多种实施方式中，用户界面3018与计算装 置2902关联，可以包括多种输入和输出装置，例如键盘、鼠标、触觉装置、按钮、把手、触针、 跟踪球、麦克风、触摸屏、液晶显示屏、发光二极管显示器、光、扬声器、耳机、头戴耳机等等。 在其他未显示的实施方式中，用户界面3018可以与服务器计算机2908直接关联。其能够使外部的调试器监控该安全处理器的执行或注册。在其他的实施方式中， 该系统可以使用安全现场编程门阵列、智能卡、或其他安全装置。内存3002可以是标准内存、安全内存，或两种内存种类的组合。通过使用安全处 理器和/或安全内存，系统可以保证数据和指令都高度安全，保护敏感的操作例如解密不 被发现。计算环境2900可以以多种形式接收用户输入。在一种实施方式中，从用户操作的 计算机界面3018 (即“用户界面”)接收数据。在多种实施方式中，用户界面3018与计算装 置2902关联，可以包括多种输入和输出装置，例如键盘、鼠标、触觉装置、按钮、把手、触针、 跟踪球、麦克风、触摸屏、液晶显示屏、发光二极管显示器、光、扬声器、耳机、头戴耳机等等。 在其他未显示的实施方式中，用户界面3018可以与服务器计算机2908直接关联。回到图29，计算装置2902可以与网络资源连接，例如其他计算机2902和2908，以 及一个或多个数据存储装置2910。举例来说，计算装置2902可与服务器2908连接从而上 传数据日志、可配置的模拟信息、模拟命令等等。计算装置2902还可以与服务器2908连接 从而下载软件的更新，以细胞为中心的模拟器计算装置指令，等等。计算装置2902还可以 与数据储存装置2910连接。如上所述，计算装置2902可以通过网络2906，例如互联网或内 联网，与网络资源连接。B3.模拟生物事件的系统和方法的实施方式这里公开的方法、系统和装置涉及计算机方法和平台，其引入了生物的原理，特别 是活系统的那些原始特点，其为它们构建和运行的基础，且使它们区别于非活系统。这样的 引入是为了以算法形式识别、提取和捕捉基本的逻辑，这些活系统通过这些逻辑进行自我 组织和自我构建。这样的算法形式包括一种基于天然细胞的性质的透视，并将这些性质嵌 入模拟系统用于建模一种或多种生物事件。相应地，用基于细胞的(例如以细胞为中心的) 方法建模生物事件和过程可以得到更有优势的建模特点，例如顺应动态环境反馈以及细胞 和组织的层级组织，因此实现突现性能。这里公开的模拟系统和方法可以用于模拟发育过程，从单细胞或初始细胞组群开 始，每个都有配置的基因组(如基因型)，到建模所得的组织和/或细胞表型。随着多细胞 虚拟组织的发育，由基因样的元件的相互作用产生表型特点，例如组织形状和自我修复。模 拟系统可以包括个体发育引擎(在下面进一步详细描述)，用于确定和控制对建模生物事 件所必需的虚拟环境参数，例如，组织发育、养分放置、细胞生长空间分配、模拟事件和/或 作用的顺序、在虚拟环境中调用模拟的自然物理规则的规则，等等。为使得模拟和建模更有 弹性，环境参数，包括控制分子亲和力计算的规则，以及养分或其他分子的放置和浓度，都
24可以配置。本模拟平台提供了接收和更新可配置的模拟信息的方式，这些信息是关于虚拟细 胞可以进行的最简单的操作或行为(如细胞原始性质)。例如，可配置的模拟信息可以以算 法的形式捕捉活系统的原始特点，这些系统通过这些特点自我组织、自我构建和自我修复。 可以以算法的形式捕捉的原始特点(即细胞原始性质)，其背后的逻辑可以包括细胞的基 因组、细胞膜、细胞外基质(ECM)、分裂的能力、长大的能力、通过环境移动或迁移的能力、保 持和/或改变细胞形状的能力、极化的能力、分化的能力(功能性的专门化)，与邻近细胞和 周围环境进行沟通的能力(如发送和接收信号)、衰老和/或死亡的能力、保持或回复或重 新适应近期细胞状态的能力、通过细胞粘附与邻接细胞和/或ECM连接的能力，等等。因此， 与细胞原始性质相关的可配置信息为模拟平台提供了建模生物过程的方法，例如细胞簇的 分化(专门化)、专门化的簇之间的沟通和反馈，以及代谢。图IA是框图，描述了如本披露中一种实施方式的模拟系统10的元件。如图IA所 示，系统10包括以细胞为中心的模拟器11，其用于建模一种或多种生物事件。在一个例子 中，以细胞为中心的模拟器11能模拟发育过程(如组织生长和生成、细胞分化、从单个受精 卵开始的胚细胞发育，等等)。在一种实施方式中，以细胞为中心的模拟器能建模组织表型 (如外表、物理特质、性质等)。随着多细胞虚拟组织的发育，组织形状和自我修复等性质从 模拟的基因样元件(如基因单元)中产生出来。在某些实施方式中，模拟器11可以确定 和控制对建模细胞和/或组织发育所必需的虚拟环境的多种参数，例如，养分放置、确定细 胞生长空间、模拟事件和/或作用的顺序、在虚拟环境中调用模拟自然物理规则的规则，等 等。在另外的实施方式中，环境参数(如，控制分子亲和力计算的规则，以及养分或其他分 子的放置和浓度)可以在运行时配置。在一种实施方式中，以细胞为中心的模拟器11可以包括可视化引擎12，用于支持 客户端在模拟进程中产生的模拟数据进行可视化和操纵。在一种实施方式中，可视化引擎 可以支持在客户端计算装置上，例如计算装置2902 (图29和30)作为，举例来说，客户端应 用。在另一种实施方式中，可视化引擎12可以通过别的计算装置支持，例如服务器2908和 /或别的计算装置。可视化引擎12可以包括用户输入和输出界面，并被配置为与模拟器11 和系统10相互作用(如输入/接收用户可配置的模拟信息，请求模拟生物事件、实时与模 拟进行相互作用、显示完成的模拟的结果和/或数据，等等)。在某些实施方式中，可视化引 擎12可以被配置用于显示在模拟进程中或之后产生的数据的图形、数字、文字数字代表的 至少一种。例如，可视化引擎12可以被配置用于在用户界面，如用户界面3018(图30)产 生和显示代表模拟的当前状态的图形图像。以细胞为中心的模拟器11还可包括个体发育引擎14，用于运行以细胞为中心的 模拟器指令(如，关于生物事件、发育过程、代谢过程等的模拟)。例如，个体发育引擎14可 以包括接收模块15，初始化模块16、推进模块17和停止检测模块18。在另一种实施方式 中，个体发育引擎还可以包括输出模块，未有显示。总体上，模块15、16、17和18包括用于 执行逻辑函数的可执行的指令清单，其可在任何计算机可读介质中体现，通过指令执行系 统装置(如基于计算机的系统、含有处理器的系统等)使用或与之联合使用。在一种实施方式中，个体发育引擎14可提供如下的功能 通过细胞生长、分裂和死亡，从一个细胞可以发育出多个细胞；
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细胞可以从母细胞传代并因此发育出谱系和相继的顺序； 细胞可以是半自主的单位，每个都有自己的基因组； 通过信号转导进行依赖于环境的、逐个细胞的基因表达的控制； 构建和监控细胞外环境；以及 更高级别的、突现性能(如自我修复)。以细胞为中心的模拟器11可以进一步包括物理引擎19用于运行以细胞为中心的 模拟器指令的其他的方面(例如，物理相互作用模拟、空间和/或尺寸限制的解决，等)。在 另一种实施方式中，以细胞为中心的模拟器可以包括实验引擎22用于运行以细胞为中心 的模拟器指令的其他方面(如，模拟作用的动态调节、大量产生新的模拟，等)。为清晰起 见，个体发育引擎14与物理引擎19分开显示；但是本领域普通技术人员会知道，个体发育 引擎14可以包括物理引擎19、实验引擎22的功能和/或其他关于以细胞为中心的模拟器 11的其他功能特征。在另一种实施方式中，模拟系统10还可以包括进化引擎20用于运行进一步的模 拟指令，关于模拟的基因组的完整性、进化的适应性等等。在进一步的实施方式中，模拟系 统10可以包括辅助的实用程序21和/或与辅助的实用程序21联系，用于提供附加的编程 和/或操作选择和支持。图IB是示意框图，描述了如本披露一种实施方式的生物事件建模的模拟环境的 各方面。在一种实施方式中，个体发育引擎14运行以细胞为中心的模拟器指令中用于确定 和表征如下元件的方面(i)虚拟基因组22，其指明在细胞中存在的基因单元(如控制区和 结构区)；(ii)物理相互作用24，其指明细胞如何运动及在细胞生长、分裂、死亡期间如何 在组织中占据空间；和(iii)细胞生长的环境26。在模拟的环境中，关于虚拟基因组22、物理相互作用24和环境26的模拟的和/ 或配置的元件相互作用，如图IB中的箭头所示。例如，在细胞中存在的基因单元的状态和 /或激活取决于在微环境和大环境中的信号分子，以及相应地，通过激活基因单元而模拟的 基因产物促使微环境和大环境的变化。由于分子的改变(如调用的作用规则)，可以发生生 物事件，例如细胞分裂和细胞生长，而这样的事件可以改变细胞与其环境(如邻近细胞、底 物、空间限制等)间的模拟的物理相互作用。原则上，可以调节22、24和26的任意元件来 设计给定组织的产生或给定组织对扰动的反应。此外，以细胞为中心的模拟器指令可以含有化学方程，其可以被调用以模拟分子 的遗传以外的行为，包括基因产物和来自环境的分子。化学方程可以被配置用于建模分子 间相互作用，其通常发生在细胞中(如，分子如何不依赖于细胞基因组行为)。例如，化学方 程可以用于模拟分子的周转率，分子结合和/或反应效果等等。用于初始化个体发育引擎14的可配置的模拟信息还可以伴随与适合度标准相关 的可配置的模拟信息，适合度是评价发育的许多方案——不同的基因相互作用、物理限制、 环境条件等等——的结果的基础。这些标准与进化选择的过程类似，传自对祖先形式的修 饰，可以通过对组织的“适者”概念进行建模的进化引擎20来提供。例如，进化引擎20可 以包括一种或多种功能性模块，用于产生和/或评价多种虚拟基因组。在一种实施方式中， 适者因子可以形成优选和/或“更适合”基因组的选择基础，可以用于比较模拟组织(即， 在模拟期间或之后)与一种或多种期望的靶组织的特性。用适者标准进行评价和选择可以
26在解决方案的群体的成员中建立竞争的基础，和建立用于重复改进的策略，其中一代的最 成功的解决方案对下一代贡献更多(如，模拟的细胞分裂、在虚拟组织中的细胞替换等)。当对建模的细胞和组织进行的模拟可以用精确的坐标说明时，就像“鸡蛋纸盒”模 型中每个细胞被指定为一个具体的箱(bin)，这时可以使用进化引擎20提供的选择和评价 过程。此外，当使用的模型中，细胞被准许采用自由空间的位置，且假设有多种的尺寸或形 状，这时使用可视化模块12就可以更加实际，可以在视觉上比较模拟的组织和目标组织， 并对基因组或环境条件作出经验性调整，从而实现模拟的组织和目标组织之间更接近的匹 配。在生物学中，基因通过提供一种模板，由此模板合成蛋白质和其他分子水平的分 子(如，非翻译的核糖核酸)，从而为细胞提供资源。因此，以细胞为中心的模拟器11为每 个虚拟细胞提供了虚拟基因组，如，一组基因单元模板用于模拟蛋白生产和分子合成，从而 在模拟进程中产生和协调多细胞的聚集。对于在生物事件如发育过程的建模中，模拟天然 基因的基因单元，可以有方法控制特定基因单元在何时、何地以何种方式激活(如，产生分 子增加)。为了在计算机模型中代表这些特性，在虚拟基因组中的每个基因单元都含有控制 区(如调控的)和结构区(如指定功能性基因产物)。基因单元的激活是通过虚拟细胞的 内部微环境中的分子(如代表性的转录因子)与控制区(如针对于该基因单元的配置的模 拟参数)之间的相互作用来控制的，其方式与体内基因调控网络的方式类似。在生物学中，基因造就了大规模的生物潜能，并由此从相对简单的遗传编码的组 中产生复杂度。但是为了要实现该潜能，必须通过自我构建的过程提供遗传信息，如通过发 育。活系统的自我构建是通过控制遗传编码的力量来保证特质的遗传，同时将它们包装成 编码的形式，其足够紧凑以致于可以放入单个细胞，即最小的活单位。在生物模拟(如，在发育的过程中)中对基因单元的整合可以依靠对相关的天然 基因序列编码的基因产物的特征的理解，例如，通过它造就细胞功能或它在生长中的多细 胞组织中的协调性)。例如，某些基因编码感知分子，其允许细胞把信号传播到ECM和到邻 近细胞，而其他基因则编码受体分子，其允许细胞检测从邻近细胞来的信号。但是，虽然基 因决定一个细胞可以产生的感知种类，基因不能说明细胞可以接收的信息的模式。图2是示意的个体发育模型的流程图，描述了如本披露一种实施方式的基因表 达、代谢、细胞信号转导、感知过程和基因调控之间的关系。个体发育引擎14，其运行以细胞 为中心的模拟器指令的各方面，可以配置用于模拟生物过程，按照如图2中描述的个体发 育模型配置。例如，以细胞为中心的模拟指令可以包括关于遗传编码的模拟信息，一种与生 物发育类似的自我构建过程，以及环境对有机体和/或细胞如此构建的过程的影响。虽然 图2将基因型、表型和环境描述为发育过程(如个体发育)的单独的影响域，但箭头指示了 这些影响可以相互依赖并且重叠。如在图2中所描述的个体发育模型中所见，基因型可以通过基因表达(E)和内部 细胞代谢(M)来影响表型，而表型则通过调控整体基因活性(R)来作用于基因组。表型通过 细胞信号转导(C)影响邻接细胞的本地环境，例如，通过向环境中释放细胞产物。反过来， 本地环境通过感知处理(S)来作用于表型，例如，细胞外分子作用于细胞受体，细胞外分子 转运入细胞内，等。相应地，表型代表比基因型更高的个体发育型的类别，因为表型能获得 遗传编码的信息以及在其环境中未如此编码的信息。
根据和/或回应细胞接收到的内部和外部信号，每个细胞会采用功能性的控制， 由此衍生出在细胞中，或在整个组织或有机体中的基因表达的模式。相反地，信号分子的浓 度则局限于细胞在发育区域中占据的位置。例如，信号分子的局部浓度可以依赖于由细胞 的邻近物质产生的分子的种类和水平，以及在细胞外基质(ECM)中容纳的信号分子。在生 物学中，基因表达调控的微环境和机制提供了分化的基础。除了在发育中的作用外，基因还具有作为遗传单位的被动作用，遗传单位是在跨 代传递信息的单位。为了作为遗传单位，基因必须是稳定的、但不是完全不可改变的结构。 例如，基因结构中发生的变化(如，编码序列)在后代中传递下去。突现是一个表达了多种含义的术语，相应地，广泛的现象都被归类为突现 的(Steels, L. [1994]The artificial life roots of artificial intelligence, Artificial Life I, [no. 1, 2] 75-110 ；Morowitz, H[2002],The Emergence ofEverything. Oxford Univ. Press, Oxford UK. 209pp.)。突现用在这里，是指在多细胞系 统中细胞原始性质(primitives)之间的关系。在一种实施方式中，在细胞原始性质间的特 定的安排或相互作用产生了突现行为，以至于这种行为是任何单个细胞原始性质都不具有 的。一般地，突现是指行为或动态的状态，而不是静态的形状或结构。在活系统中，突现可 以传达一种或多种附加的含义1)感兴趣的性质只出现在层级组织的某些更高级别，高于 产生它的那些元件；2)突现行为是适应性的，它带有存活的价值，或提高适应性。例如，在 脊椎动物中的生物稳态(如保持血液的成分在窄范围内)可以满足这两个条件。如下面详细描述的那样，以细胞为中心的模拟器11提供用于模拟一种或多种生 物事件的方法，例如那些上述的建模自然发生的事件和相互关系。例如，以细胞为中心的模 拟器可以建模组织的发育、专门化的细胞的分化、伤口愈合、免疫系统反应、神经过程等等。 在操作中，以细胞为中心的模拟器11提供了用于接收可配置的模拟信号的方法。这些可配 置的模拟信息可以包括大环境和微环境参数，以及细胞特定的参数。细胞特定的参数可以 包括，例如，对组成细胞虚拟基因组的多种基因单元进行表征的特性，在初始步边界时细胞 的确定的状态和/或成熟度(如，在模拟进程初始时)，等。进一步地，可配置的模拟信息可 以包括多种规则和方程，其建模物体导向的分子间的相互关系(如，基因产物、养分、接收 分子、信号转导分子，等)。另外的可配置的模拟信号可以包括物理规则，其被调用用于建模 自然的物理规则(如，对接触的抑制、尺寸限制、重力、分子间和/或细胞间的亲和/粘附参 数，等)。在一种实施方式中，可配置的模拟信息可以通过用于运行模拟的以细胞为中心的 模拟器源代码来解释。另外，本披露的实施方式已经证明了用于模拟突现性能的实用性，例如上述的那 些(如，自我修复、导出希望的表型的细胞通信、对变化的环境的动态适应性、对动态环境 反应的反馈网络以及细胞状态的通过模拟的多细胞组织传递的模式振荡，等)。特别地，通 过以细胞为中心的模拟系统10模拟的突现性能可以包括以下所列 从初始状态到终末状态的分化和/或细胞专门化； 通过感知功能和信号交换进行的通信； 通过调控过程和代谢反馈进行的稳态； 能源、能量的代谢、分子合成； 通过细胞周转、重生和复制进行的自我修复；以及
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通过表型的塑性进行的适应。图3A是流程图，描述了在某些实施方式中模拟系统10调用的一种或多种生物事 件的建模。程序300可以用计算装置调用，例如偶联到计算机网络的客户端计算机或服务 器计算机。在一种实施方式中，计算装置包括以细胞为中心的模拟器11，其带有个体发育引 擎14。举例来说，计算装置可以在操作者与计算装置进行用户界面交流以后调用程序300。程序300在框302处开始，接收模块接收可配置的模拟信息(框304)。在某些 实施方式中，可配置的模拟信息可以包括从用户界面接收到的用户可配置的模拟信息。在 另外的实施方式中，可配置的模拟信息可以包括从之前的建模进程中生成的可配置文件中 的信息。根据可配置的模拟信息，初始化模块将个体发育引擎初始化到初始的步边界(框 306)。在一种实施方式中，初始步边界可以界定一个参照点，从这一点起模拟可以开始或继 续。例如，初始步边界可以界定静态开始“状态”，从这一状态起可以进行后续的步长。在本 执行中，个体发育引擎可以从初始步边界向后续的步边界每次前进一步。按照可配置的模拟信息以及现有的步边界，推进模块推进个体发育引擎从现有步 边界到下一个步边界(框308)。在一种实施方式中，推进包括执行stepCells功能(下面会 详细描述)。在另一种实施方式中，推进可以包括执行一个或多个killCells功能，st印ECM 功能和st印Physics功能。本领域的普通技术人员会知道，killCells、st印Cells、st印ECM 和stepPhysics可以以任意组合、按照任意顺序、不按顺序，和/或同时执行(如，以连续的 方式建模生物事件)。停止检测模块持续执行推进模块直到遇到停止条件(框310)。程序300可以继续 持续到框312，在那里结束。在一种实施方式中，停止条件可以是从用户界面的系统的操作者处，举例来说，接 收到的停止命令。在另一种实施方式中，停止条件可以是配置的停止条件，停止检测模块继 续执行推进模块直到在模拟期间检测到配置的停止条件。例如，配置的停止条件可以是个 体发育引擎的从现有步边界到下一个步边界预定的推进次数，以及停止检测模块可以在预 定的推进次数用完时停止推进模块。在另一种实施方式中，配置的停止条件可以是一种条 件，其中从现有步边界到下一个步边界的(一种或多种参数的)改变程度小于改变程度的 阈值。例如，模拟的生物过程可以配置为继续进行步长推进直到虚拟组织达到稳态的状态。在另一种实施方式中，以细胞为中心的模拟器11可以配置为以连续和/或非同 步的方式建模生物事件。例如，初始化模块可以配置为初始化个体发育引擎至初始的步边 界，这样初始的步边界包括在虚拟环境中初始化的一种或多种虚拟细胞。推进模块可以配 置成从现有的步边界向下一个步边界推进个体发育引擎，其中推进包括在虚拟环境中推 进一个或多个虚拟细胞的每一个，其不依赖于其他每一个虚拟细胞。例如，推进可以包括 killCells功能、st印Cells功能、st印ECM功能和/或st印Physics功能(例如，“功能”)， 在每一个虚拟细胞上操作，而不依赖于其他的虚拟细胞。在操作中，这些功能可以在第一个 虚拟细胞中被调用，或者在另一种实施方式中，在第一个亚组群的细胞中被调用，其时间和 /或速率不同于第二个虚拟细胞或第二个细胞的亚组群。相应地，一个细胞的步边界的发生 可以不依赖于邻接细胞的步边界。在这种方式下，以细胞为中心的模拟器可以以持续的方 式操作和/或以虚拟细胞可以表现出不同行为的方式操作。在某些实施方式中，可视化引擎可以在用户界面产生并显示代表现有步边界的图
29形图像。在一个例子中，图形图像可以是第一种图形图像，可视化引擎可以在第一种图形 图像显示后显示出代表顺序上的下一个步边界的第二种图形图像。在另一种实施方式中， 可视化引擎可以提供多种图形图像的进行性的显示，可以是以实时的模式(如，在模拟期 间)，或在模拟后一次或多次离线显示。例如，可视化引擎可以提取或提供保存在文件中的 模拟数据，用于重现模拟进程(如，在客户端计算机上，在服务器上，等)。在进一步的实施 方式中，可视化引擎可以提供用户交互界面，这样操作者可以实时地对模拟进行修改(如， 扰动环境，改变一个细胞中的基因单元以至于邻近细胞不会抑制细胞分裂和/或生长， 等)。例如，程序300(在决定框312)可以容纳从可视化引擎的用户交互界面接收到的调整 信息(在框304)，用于按照该调整信息来初始化个体发育引擎至初始的步边界。在某些实施方式中，未有显示出，输出模块可以传递模拟信息至一个或多个数据 存储装置中。在一种实施方式中，输出模块可以在程序300的终点312处产生和传递记录 文件，其中可以在后续的时间进入记录文件以“重现”模拟，如，通过可视化引擎。在另一种 实施方式中，可视化引擎可以在记录文件中提取和提供记录数据，这样可以操控记录的可 视化输出(如，可以对细胞着色，显示细胞连接、可视化亚球体、转动参照点，等)。可视化引 擎还可以配置用于从记录数据中重现整个模拟记录，或者在另一种实施方式中，重现一个 部分。进一步地，可视化引擎可以捕捉在记录文件的记录数据中“抓拍”的图像，如，从选择 的步边界中。在一种实施方式中，可以在模拟进程期间的任何点(如，在任何步边界)，包括停 止边界(如，当遇见停止条件时)，产生配置文件、传送(如，通过输出模块)配置文件和 可以存储配置文件以供以后的提取。例如，对应于初始步边界、第一个步边界、第二个步边 界……第η个步边界、第n+1个步边界……停止边界等的任意配置文件，可以被产生并存储 以供以后的提取。在一种实施方式中，配置文件可以包括模拟信息，其包括在个体发育引擎 的初始化中使用的所有配置信息，以及该文件生成时的现有步边界相关的模拟信息。在一 种实施方式中，实验引擎可以配置用于进入和提取存储的配置文件，其在之前的模拟进程 中产生，这样该配置文件可以用于运行另外的模拟。例如，选择的配置文件可以通过接收模 块在框304处(如，从实验引擎处)接收，初始化模块，在框306处，可以按照在选择的配置 文件中提供的可配置的模拟信息初始化个体发育引擎至初始的步边界。相应地，从任何步 边界和/或停止边界衍生的可配置的模拟信息可以用于初始化个体发育引擎以及，例如， 确定用于初始化进一步的模拟进程的初始步边界。在某些实施方式中，实验引擎22可以包括用户界面模块23 (图1A)，用于支持配置 文件的用户选择。例如，配置文件可以是用户选择的文件，可以从多个存储的配置文件中选 择。在这样的实施方式中，可以通过和/或指示实验引擎询问操作者以进一步改变储存在 配置文件中的可配置的模拟信息。例如，操作者可以扰动选择的参数(如，基因单元、环境 参数、化学方程、作用规则，等)和/或在框306处个体发育引擎初始化之前就改变模拟方 案。相应地，通过运行改变了选定参数的后续模拟进程，操作者可以用模拟系统进行重复试 验和查询。操作者可以比较多次建模进程得到的结果。在一个特定的非限制性的实例中，操作者可能想要确定当细胞在发育期间的某个 中间点急需养分时，组织的发育是否可以改变以及如何改变。在这个实例中，操作者可以选 择运行第一组模拟进程，其中可配置的模拟信息编码高级的模拟的养分分子。在第二个模拟进程中，操作者可以选择在中间步边界(如，第一个步边界、第二个步边界……第η个步 边界、第η+1个步边界……等)中生成的配置文件。选择理想的配置文件后，接收模块可以 在框304处接收配置文件和附加的可配置的模拟信息，其中该附加的信息指示低级的模拟 的养分分子。初始化模块可以如上所述初始化个体发育引擎(框306)，组织发育的建模可 以在缺乏养分分子的虚拟环境中从所选的中间步边界“继续”。操作者可以比较第一个模拟 进程和第二个模拟进程，例如，使用可视化引擎，或某些其他数据输出装置。在其他的实施方式中，实验引擎22可以用另外的编程逻辑配置，用于自动选择配 置文件，从这些配置文件中可以生成附加的和/或不同的模拟。例如，模拟进程可以使用模 拟系统自动地执行，无需操作者手动输入或者指明可配置的模拟信息。在一种实施方式中，实验引擎22可以包括动态调整模块24，用于捕捉配置文件和 自动开始另外的模拟进程用于建模生物事件。本领域的普通技术人员会知道，动态调节模 块24包括可配置的超指令(如，生成规则的程序化的规则)。这样的超指令允许自发的规 则生成，以至于动态调节模块可以自动地、实时地按照多种模拟运行多种指令。一方面，动态调节模块可以配置成识别事件(如，在步边界处，在停止边界处，等) 其中达到了产生第二个或多个模拟进程的标准。例如，动态调节模块可以配置为在第一个 模拟后，或者与第一个模拟同时运行时，自动大量产生第二种模拟(框312)。在这样的实施 方式中，程序300可以在框304处继续，其中接收模块接收可配置的模拟信息。在进一步的实施方式中，动态调节模块24可以配置成在多个模拟进程期间改变 捕捉的配置文件和/或用户可配置的模拟信息，这样可以自动模拟多个实验的等同体。例 如，动态调节模块24可以系统性地和/或随机地改变在顺序模拟进程中的基因单元的目标 组群中的每个基因控制区的参数(如模拟基因的组成型活性表达、模拟基因“敲除”或“下 调”，等)。操作者也可将从任何模拟进程得到的结果和/或最终建模的输出数据，与任何其 他模拟进程的结果进行比较(如，第二种模拟进程使用“敲除”或缺失基因单元)。图3Β是流程图，描述了如本披露的一种实施方式的另一种由模拟系统10支持的 建模生物事件的程序。在框30中，虚拟细胞(或多个细胞)被指定了虚拟基因组，即一组 基因单元，每一个都有特定的基因控制特性和基因产物特性(下面的C节中会详细描述)。 在某些实施方式中，可以指明一种或多种化学方程，其可控制在环境中存在的分子或由于 基因单元活动而生成的分子的遗传以外的行为(下面的C节中会详细描述)。在框32中， 通过说明初始的条件(如，空间参数、虚拟底物特性、存在的分子种类[外界信号]、分子密 度、环境中的分子梯度、可获得的养分、养分的数量和分布等)来生成模拟的环境。在框34 中，在虚拟环境中可以放置一种或多种虚拟细胞。例如，在框30、32、和34之后，个体发育引 擎可以被初始化到初始的步边界(如，与在30、32、34的步骤中接收到的配置模拟信息一致 的初始静止状态)。在个体发育引擎初始化之后，一种或多种生物事件的模拟包括按照可配置的模拟 信息和现有的步边界，将个体发育引擎从现有的步边界推进至下一个步边界。相应地，在框 36处，每个虚拟细胞的状态可以分步推进。推进可以包括在每一步中应用一种或多种在框 38、40、44、和46中指出的功能。本领域的普通技术人员会知道，个体发育引擎可以以任意 的组合和/或顺序运行这些功能。还可以知道，在个体发育引擎的推进过程中应用的每种 功能可以以按顺序和/或并行的方式运行。在进一步的实施方式中，一种或多种功能可以以非同时的方式运行。“killCells”功能是被配置成从虚拟环境/或虚拟组织中清除虚拟细胞。清除的 细胞是那些在之前的细胞推进步骤中满足细胞死亡标准的细胞(如，死亡基因单元激活、 必要基因单元灭活等)。“st印Cells”功能(框40)是被配置成更新和/或刷新细胞活性的功能，这些功能 准备在这一步准备好被影响，包括基因活性、基因反应、细胞内和细胞内信号转导，等(在 下面有详细描述)。st印Cells功能调用基因单元控制区规则，和化学方程(框42)来确定 每种基因单元的开启/关闭和/或活性水平的调整，改变在每种细胞内或细胞上的分子的 状态，等。例如，可以使用化学方程和基因单元的活性水平中的相关改变来产生每种细胞的 “新细胞状态”。根据细胞内的分子和每种基因单元之间的新的和/或按顺序的更新的相互 作用，细胞内的每种基因单元可以促成分子的生成(如，细胞中分子强度值的增加或降低， 等)。在生物学中，当基因被开启，细胞的转录机器就合成对应的核糖核酸分子(RNA)，其由 基因的结构区(如，开放阅读框)定义。许多这些RNA又反过来被细胞的翻译机器翻译成 具有特定功能的蛋白质。同样地，当基因单元被开启，模拟系统被更新，就像基因单元生成 相关水平的基因单元代表的特定基因产物一样。这些新生成的分子可以反过来与细胞的其 他基因单元(如，在虚拟基因组中)相互作用，在下一轮的stepCells功能应用中影响转录 的速度和/或水平。在某些实施方式中，st印Cells功能可以包括规则，其可独立决定基因 单元模板的转录速度和/或水平以及翻译操作。由此，在每个步长推进中，通过在虚拟环境(细胞外部)的变化，以及内部细胞环 境的变化来控制生物事件的模拟。使用进一步的复杂度，还可以通过化学方程来影响虚拟 细胞，化学方程代表邻近虚拟细胞产生的分子间相互作用。在模拟中，细胞的最简单的邻近 物质由那些空间上与感兴趣的细胞邻接(接触)的细胞组成。但是，细胞的邻近物质可以 被配置成任何主观的细胞群体。例如，邻近物质(信号发送到/接收自的细胞)可以包括 未邻接的细胞，正如在体内那些能够通过激素向非本地细胞传递信号的细胞那样。在一种实施方式中，“stepECM”功能(框44)可以在每个推进步长中被调用，以更 新和/或刷新，比如说，在虚拟细胞和虚拟ECM之间模拟的粘附性质。例如，st印ECM功能 可以被配置成执行基于规则的指令，用于破坏过度扩张的细胞粘附，在邻接细胞间形成细 胞粘附，以及随时间减弱细胞粘附等(在下面会有更详细的描述)。除了在模拟过程中增加或减少分子强度值(如类似于浓度)的操作以外，另外的 作用，如，细胞生长、细胞分裂以及任选地，细胞死亡，都可以用于每个细胞，而且这些作用 的每一种都会影响环境的空间参数。细胞的虚拟基因组可以包括基因单元，其作为生长分 子、分裂分子、死亡分子等的模板，由于这些基因单元在模拟进程期间被激活，所以在细胞 的虚拟细胞质中编码分子的浓度会升高。在某些实施方式中，生长和/或死亡可以是这两 种分子的浓度的函数。当细胞积聚了阈值水平的死亡分子时，它可以在随后的推进步长中 从环境中除去。在另一个实例中，如果细胞生长，则它的总体尺寸(如，球径、体积等)会增 加。在再一个实例中，如果细胞分裂，则在母细胞的邻接位置放置一个新的细胞。如果所有 的邻接位置已经被占据，则操作规则会阻止分裂。这样的操作规则可以取代其他的因素，例 如分裂和/或生长的潜能，这些潜能超出了达到分裂和/或生长规则要求的预定标准。在一种实施方式中，stepPhysics功能(框44)可以在每个推进步长被调用，以更新和/或刷新环境中的细胞和/或分子上的物理力的模拟。例如，St印Physics功能可以 根据在细胞的环境中计算的力来运动细胞(如，正在分裂的细胞、邻近细胞的生长、粘附力 或吸引力等)。在一种实施方式中，st印Physics功能被配置成解决由细胞生长、分裂和/ 或运动产生的细胞间的重叠，包括之前计算的为解决细胞重叠的运动。st印Physics功能调 用物理相互作用规则(框48)，用于模拟运动中的细胞的机械力(如，在细胞重叠的解决过 程中进行相互分离的运动、为解决过度细胞运动时而进行相向运动)。在一种实施方式中， stepPhysics功能可以通过物理引擎运行的源代码来提供或容纳。在一种实施方式中，St印Physics功能使用在这里进一步描述的空间定义的模型 来操作。例如，st印Physics功能的操作可以使用(1)固定坐标、离散坐标、或鸡蛋纸盒模 型，其中细胞被指定为空间中的预定的二维或三维坐标，与鸡蛋纸盒的框相似；(2)自由 空间或连续坐标模型，其中每个细胞由实心球体代表，其可自由假设为在二维或三维空间 中的主观坐标；以及(3)自由空间模型，其中细胞用多个亚球体来识别(例如，一“袋装弹 子”)，因此，可自由假设为主观的非亚球体形状，如，平坦的形状。总体上，自由空间模型提 供了更加趋近于真实细胞行为的近似，在某些组织行为的建模中可能需要用到。在一种实 施方式中，在每个“推进细胞”循环期间(框36)，运行多个循环的st印Physics功能(框 46)，如，20个或更多的循环，以重复解决细胞运动和重叠。如图3B中所示，“推进细胞”循环一直重复直到遇到停止条件，在50达到终点，在 52终结运行。这个终点可以通过预先选择的循环数进行定义，或者当组织达到稳定或稳态。C.虚拟基因和化学相互作用规则系统中的每个虚拟细胞都指定了含有多个基因单元的虚拟基因组，每个基因单元 都有控制区，其决定哪些信号的组合(如分子或条件)会传递基因活性的信号以及在何种 程度传递。每种基因单元还包括基因产物区，其指明了基因单元产生的基因产物或作用。表 1包括了代表“基本”组的虚拟基因的一组示例基因单元，其可在多种模拟进程期间使用，如 用于组织发育用途。本领域普通技术人员可以知道，虚拟基因组中可以包括另外的和/或 其他的基因单元。而且，表1中的罗列并非旨在局限于显示出的结构和环境，因此，其他的 编码和/或传递基因单元信息的方法和方式都被认为是包括在本披露的范围内。表1 具有控制区和基因产物区的基因单元的实例
权利要求
一种计算机执行的生物事件建模方法包括接收可配置的模拟信息；按照所述可配置的模拟信息初始化个体发育引擎至初始步边界；按照所述可配置的模拟信息和当前的步边界，将个体发育引擎从当前的步边界推进至下一步边界，所述推进包括执行stepCells功能和stepPhysics功能；和继续进行所述推进直到遇见停止条件。
2.如权利要求1所述的方法，其中接收可配置的模拟信息包括从用户界面接收用户可 配置的模拟信息。
3.如权利要求1所述的方法，其中接收可配置的模拟信息包括接收第一个模拟进程期 间产生的配置文件，且其中所述配置文件是用于在第二个模拟进程期间对生物事件建模。
4.如权利要求1所述的方法，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括继续进行 所述推进直到从用户界面接收到停止命令。
5.如权利要求1所述的方法，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括继续进行 所述推进直到遇到配置的停止条件。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述配置的停止条件包括所述个体发育引擎从现有 步边界到下一个步边界预设的推进次数，且其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括 继续进行所述推进直到预设的推进次数用完。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述配置的停止条件包括当前步边界与下一步边界 的变化程度的阈值，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括继续进行所述推进直到 当前步边界与下一步边界的变化程度小于变化程度的阈值。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括在当前步边界生成配置文件，并储存所述配 置文件用于之后的提取。
9.如权利要求8所述的方法，其中初始化所述个体发育引擎至初始步边界包括初始化所述个体发育引擎至第一个初始 步边界；所述配置文件包括从当前步边界捕捉的可配置模拟信息；和其中所述方法进一步包括提取所述配置文件用于初始化所述个体发育引擎至第二初 始步边界。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述配置文件为用户选择的配置文件，且其中接收 可配置模拟信息包括接收用户选择的配置文件和接收用户定义的改变信息用于改变用户 选择的配置文件中的可配置模拟信息。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述初始步边界是第一初始步边界，且其中该方法 进一步包括在当前的步边界捕捉具有当前步可配置的模拟信息的配置文件；在所述配置文件中检测动态改变标准；和根据所述当前步可配置的模拟信息和改变信息自动初始化所述个体发育引擎至第二 初始步边界，所述改变信息是基于动态改变标准。
12.如权利要求1所述的方法，其中推进进一步包括执行killCells功能，且其中执行 ki 1 ICe 11 s功能包括将虚拟细胞从虚拟环境中去除。
13.如权利要求12所述的方法，其中将虚拟细胞从虚拟环境中去除包括当在虚拟细胞 中检测到死亡条件时去除所述虚拟细胞，且其中所述死亡条件包括在之前步骤中在虚拟细 胞中死亡基因单元激活和必要基因单元灭活中的至少一个。
14.如权利要求1所述的方法，其中执行stepCells功能包括调用基因单元控制区域规 则和化学相互作用规则中的至少一个以调节分子水平。
15.如权利要求1所述的方法，其中推进进一步包括执行stepECM功能，且其中执行 stepECM功能包括去除细胞粘附和形成细胞粘附中的至少一个。
16.如权利要求1所述的方法，其中执行stepPhysics功能包括调用物理相互作用规 则，且其中所述物理相互作用规则应用于虚拟细胞粘附力、虚拟细胞重叠解决和虚拟细胞 运动中的至少一个。
17.如权利要求16所述的方法，其中执行stepPhysics功能包括调用物理相互作用规 则用于解决虚拟细胞重叠，且其中所述虚拟细胞重叠是虚拟细胞生长，虚拟细胞分裂和虚 拟细胞运动中的至少一个的结果。
18.如权利要求1所述的方法，其中执行stepCells功能包括代谢处理，且其中所述代 谢处理包括进行代谢相互作用和基因转录计算。
19.如权利要求1所述的方法，其中接收可配置模拟信息包括接收信息，用于在自由坐 标的虚拟环境中对生物事件建模，其中虚拟细胞由实心球体表示，且其中所述虚拟细胞在 三维坐标编排中占据非离散的空间。
20.如权利要求1所述的方法，其中接收可配置模拟信息包括接收信息，用于在自由坐 标的虚拟环境中对生物事件建模，其中虚拟细胞由多个亚球体表示，且其中所述虚拟细胞 在三维坐标编排中占据非离散的空间。
21.如权利要求1所述的方法，进一步包括显示当前步边界产生的数据的图像，数字和 文字数字中的至少一种。
22.如权利要求1所述的方法，进一步包括产生和显示用户界面的代表当前步边界的 图形图像。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述图形图像是第一个图形图像，且其中所述方 法进一步包括显示代表下一步边界的第二个图形图像，所述第二个图形图像按照顺序在第 一个图形图像显示后显示。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于初始化个体发育引擎至初始步边界包括将虚拟环境中的一个或多个虚拟细胞中的每 一个独立地初始化到初始步边界；和将所述个体发育引擎从当前步边界推进至下一步边界，包括推进每一个在所述虚拟环 境中的所述一个或多个虚拟细胞，该推进独立于任一个其它虚拟细胞，从而所述方法实现 以连续的方式对生物事件建模。
25.如权利要求1所述的方法，其中执行killCells功能，stepCells功能，astepECM 功能和st印Physics功能包括并行执行killCells功能，stepCells功能，st印ECM功能和 stepPhysics功能，从而以连续的方式对生物事件建模。
26.如权利要求1所述的方法，其中对生物事件建模包括对上皮组织的生长建模。
27.如权利要求1所述的方法，其中对生物事件建模包括对干细胞分化过程建模。
28.—种对生物事件建模的计算机程序产品包括一包含计算机可读程序的计算机可用 介质，其中所述计算机可读程序被计算机执行时导致一方法被执行，该方法包括接收可配置的模拟信息；按照所述可配置的模拟信息初始化个体发育引擎至初始步边界；按照所述可配置的模拟信息和当前的步边界，将所述个体发育引擎从当前的步边界推 进至下一步边界，所述推进包括执行st印Cells功能和st印Physics功能；和继续进行所述推进直到遇见停止条件。
29.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中接收可配置的模拟信息包括从用户界 面接收的用户可配置的模拟信息。
30.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件 包括继续进行所述推进直到从用户界面接收到停止命令。
31.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件 包括继续进行所述推进直到遇到配置的停止条件。
32.如权利要求31所述的计算机程序产品，其中所述配置的停止条件包括所述个体发 育引擎从当前步边界到下一步边界预设的推进次数，且其中继续进行所述推进直到遇见停 止条件包括继续进行所述推进直到预设的推进次数用完。
33.如权利要求31所述的计算机程序产品，其中所述配置的停止环境包括当前步边界 与下一步骤之间的变化程度的阈值，且其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括继续 进行所述推进直到当前步边界与下一步边界之间的变化程度小于变化程度的阈值。
34.如权利要求28所述的计算机程序产品，进一步包括在当前步边界生成配置文件， 并储存所述配置文件用于之后的提取。
35.如权利要求34所述的计算机程序产品，其中初始化所述个体发育引擎至初始步边界包括初始化所述个体发育引擎至第一个初始 步边界；所述配置文件包括从当前步边界捕捉的可配置的模拟信息；和其中所述方法进一步包括提取所述配置文件用于初始化所述个体发育引擎至第二个 初始步边界。
36.如权利要求35所述的计算机程序产品，其中所述配置文件为用户选择的配置文 件，且其中接收可配置模拟信息包括接收用户选择的配置文件和接收用户定义的改变信息 用于在所述用户选择的配置文件中改变可配置模拟信息。
37.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中所述初始步边界是第一个初始步边 界，且其中所述方法进一步包括在当前步边界捕捉具有当前步可配置的模拟信息的配置文件；在所述配置文件中检测动态改变标准；和根据当前步骤可配置的模拟信息和改变信息，自动初始化所述个体发育引擎至第二个 初始步边界，所述改变信息基于动态改变标准。
38.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中执行stepCells功能包括调用基因单 元控制区域规则和化学相互作用规则中的至少一个以调节分子水平。
39.如权利要求38所述的计算机程序产品，其中推进进一步包括执行killCells功能用于将虚拟细胞从虚拟环境中去除，且其中将虚拟细胞从虚拟环境中去除包括在虚拟细胞 中检测死亡条件，以及检测以后，去除细胞。
40.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中推进进一步包括执行stepECM功能，且 其中执行stepECM功能包括去除一个或多个不邻接的虚拟细胞之间的细胞粘附和在一个 或多个邻接的虚拟细胞间形成细胞粘附中至少一种。
41.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中执行stepPhysics功能包括调用物理 相互作用规则，且其中所述物理相互作用规则应用于虚拟细胞粘附力、虚拟细胞重叠解决 和虚拟细胞运动中至少一个。
42.如权利要求41所述的计算机程序产品，其中执行stepPhysics功能包括调用物理 相互作用规则用于解决虚拟细胞重叠，且其中所述虚拟细胞重叠是虚拟细胞生长，虚拟细 胞分裂和虚拟细胞运动中至少一个的结果。
43.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中接收可配置模拟信息包括接收信息， 用于在固定坐标的虚拟环境中对生物事件建模，其中虚拟细胞在预定的坐标编排中占据离 散的空间。
44.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中接收可配置模拟信息包括接收信息， 用于在自由坐标的虚拟环境中对生物事件建模，其中虚拟细胞由实心球体表示，且其中所 述虚拟细胞在三维坐标编排中占据非离散的空间。
45.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中接收可配置模拟信息包括接收信息， 用于在自由坐标的虚拟环境中对生物事件建模，其中虚拟细胞由多个亚球体表示，且其中 所述虚拟细胞在三维坐标编排中占据非离散空间。
46.如权利要求28所述的计算机程序产品，进一步包括显示当前步边界产生的数据的 图像，数字和文字数字中的至少一种。
47.如权利要求28所述的计算机程序产品，进一步包括在用户界面上产生和显示代表 当前步边界的图形图像。
48.如权利要求47所述的计算机程序产品，其中所述图形图像是第一个图形图像，且 其中所述方法进一步包括显示代表下一步边界的第二个图形图像，第二个图形图像按照顺 序在所述第一个图形图像显示后显示。
49.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中初始化个体发育引擎至第一步边界包括将虚拟环境中的一个或多个虚拟细胞中的每 一个独立地初始化至初始步边界；和将所述个体发育引擎从当前步边界推进至下一步边界，包括推进每一个在所述虚拟环 境中的所述一个或多个虚拟细胞，该推进独立于任一个其它虚拟细胞，从而所述方法实现 以连续的方式对生物事件建模。
50.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中对生物事件建模包括对上皮组织生长 的建模。
51.如权利要求28所述的计算机程序产品，其中对生物事件建模包括对干细胞分化过程建模。
52.一种对生物事件建模的系统，包括处理器；接收模块，被配置成在处理器上执行和接收可配置模拟信息；初始模块，被配置成在处理器上执行和根据所述可配置的模拟信息初始化个体发育引 擎至初始步边界；推进模块，被配置成在处理器上执行和根据所述可配置的模拟信息和当前步边界 将个体发育引擎从当前步边界推进至下一步边界，所述推进包括执行StepCells功能和 stepPhysics 功能；禾口停止检测模块，被配置成在处理器上执行和持续执行所述推进模块直至遇到停止条件。
53.如权利要求52所述的系统，其中所述接收模块被配置成接收来自用户界面的用户 可配置的模拟信息。
54.如权利要求52所述的系统，其中所述接收模块被配置成从第一次建模运行接收可 配置文件以开始对第二个生物事件建模。
55.如权利要求52所述的系统，其中所述停止条件为从用户界面接收到的停止命令。
56.如权利要求52所述的系统，其中所述停止条件是可配置的停止条件，且其中所述 停止检测模块持续执行所述推进模块执行推进模块直至遇到所述配置的停止条件。
57.如权利要求56所述的系统，其中所述配置的停止条件包括所述个体发育引擎从当 前步边界向下一步边界的预设的推进次数，且其中所述停止检测模块可以在预设的推进次 数用完时停止所述推进模块。
58.如权利要求56所述的系统，其中所述配置的停止条件包括当前步骤与下一步骤之 间的变化程度的阈值，且其中所述停止检测模块可以在当前步边界与下一步边界之间的变 化程度小于变化程度阈值时停止所述推进模块。
59.如权利要求52所述的系统，进一步包括用于在当前边界产生配置文件的方法，和 用于储存所述配置文件供以后提取的方法。
60.如权利要求59所述的系统，其中所述初始步边界是第一初始步边界；所述可配置文件包括在当前步边界捕获的可配置模拟信息，且其中所述系统进一步包 括提取所述可配置文件的方法；所述接收模块进一步被配置成接收所述配置文件；和所述初始化模块根据从当前步边界捕捉的所述可配置模拟信息，进一步被配置成初始 化所述个体发育引擎至第二初始步边界。
61.如权利要求60所述的系统，其中所述可配置文件为用户选择的配置文件，且其中 所述接收模块配置为接收所述用户选择的配置文件和接收用户定义的改变信息用于改变 从当前步边界捕捉的可配置模拟信息。
62.如权利要求52所述的系统，其中所述初始步边界为第一个初始步边界，且其中所 述系统进一步包括动态调整模块，其被配置成在处理器上处理；在当前步边界捕捉具有当前步可配置模拟信息的配置文件；和在所述配置文件中检测动态改变标准，其中所述初始模块进一步被配置成根据当前步 骤可配置模拟信息和改变信息初始化所述个体发育引擎至第二个初始步边界，所述改变信息基于所述动态改变标准。
63.如权利要求52所述的系统，其中所述推进进一步包括被配置成从虚拟环境中除去虚拟细胞的killCells功能和被配 置成调用去除细胞粘附和形成细胞粘附中的至少一条规则的st印ECM功能；所述stepCells功能被配置成调用基因单元控制区域规则和用于调节分子水平的化 学相互作用规则中的至少一条；和所述stepPhysics功能被配置成调用物理相互作用规则。
64.如权利要求63所述的系统，其中用于解决虚拟细胞重叠的所述物理作用规则，且 其中所述虚拟细胞重叠是虚拟细胞生长、虚拟细胞分裂和虚拟细胞运动中至少一个的结
65.如权利要求52所述的系统，进一步包括可视化引擎，用于显示当前步边界产生的 数据的图像，数字和文字数字中的至少一种。
66.如权利要求52所述的系统，进一步包括配置可视化引擎，用于在用户界面上产生 和显示代表当前步边界的图形图像。
67.如权利要求66所述的系统，其中所述图形图像是第一个图形图像，且其中所述可 视化引擎被配置成显示代表下一步边界的第二个图形图像，所述第二个图形图像按顺序在 第一个图形图像显示后显示。
68.用于指导一个或多个计算装置对生物事件建模的计算组件，所述计算组件包括源 于有形计算机可读介质的编码计算装置指令，一台或多台计算装置中的至少一个可以电子 进入所述编码的计算装置指令以执行，执行使所述一台或多台计算装置执行一方法，该方 法包括接收可配置的模拟信息；按照所述可配置的模拟信息初始化个体发育引擎至初始步边界；按照所述可配置的模拟信息和当前的步边界，将所述个体发育引擎从当前的步边界 推进至下一步边界，所述推进包括执行killCells功能，stepCells功能，st印ECM功能和 stepPhysics 功能；禾口继续进行所述推进直到遇见停止条件。
69.如权利要求68所述的计算组件，其中接收可配置的模拟信息包括从用户界面接收 用户可配置的模拟信息。
70.如权利要求68所述的计算组件，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括继 续进行所述推进直到从用户界面接收到停止命令。
71.如权利要求68所述的计算组件，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括继 续进行所述推进直到遇到配置的停止条件。
72.如权利要求71所述的计算组件，其中所述配置的停止条件包括所述个体发育引擎 从当前步边界到下一步边界预定的推进次数，且其中继续进行所述推进直到遇见停止条件 包括继续进行所述推进直到所述推进的预订次数用完。
73.如权利要求71所述的计算组件，其中所述配置的停止条件包括当前步骤与下一步 骤之间的变化程度的阈值，其中继续进行所述推进直到遇见停止条件包括继续进行所述推 进直到当前步边界与下一步边界之间的变化程度小于变化程度的阈值。7
74.如权利要求68所述的计算组件，进一步包括在当前步边界生成配置文件，并储存 所述配置文件以供以后的提取。
75.如权利要求68所述的计算组件，其中初始化所述个体发育引擎至初始步边界包括初始化所述个体发育引擎至第一初始步 边界；所述配置文件包括从当前步边界捕捉的可配置模拟信息；和其中所述方法进一步包括提取所述配置文件用于初始化所述个体发育引擎至第二初 始步边界。
76.如权利要求75所述的计算组件，其中所述配置文件为用户选择的文件，且其中接 收可配置模拟信息包括接收所述用户选择的配置文件和接收用户定义的改变信息用于改 变在所述用户选择配置文件中的所述可配置模拟信息。
77.如权利要求68所述的计算组件，其中所述初始步边界是第一个初始步边界，且其 中所述方法进一步包括在当前步边界捕捉具有当前步可配置的模拟信息的配置文件；在所述配置文件中检测动态改变标准；和根据当前步可配置的模拟信息和改变信息将所述个体发育引擎自动初始化至第二初 始步边界，所述改变信息是基于动态改变标准。
78.如权利要求68所述的计算组件，其中执行killCells功能包括将虚拟细胞从虚拟环境中去除，且其中将虚拟细胞从虚拟环 境中去除包括在所述虚拟细胞中检测到死亡条件时去除虚拟细胞；和执行stepCells功能包括调用基因单元控制区域规则和化学相互作用规则中的至少 一条以调节分子水平。
79.如权利要求78所述的计算组件，其中死亡条件包括在之前步中的所述虚拟细胞中 死亡基因单元激活和必要基因单元的灭活中的至少一个。
80.如权利要求68所述的计算组件，其中执行stepECM功能包括调用一规则，用于去除 一个或多个非邻接虚拟细胞间的细胞粘附和在一个或多个邻接的虚拟细胞间形成细胞粘 附。
81.如权利要求68所述的计算组件，其中执行stepPhysics功能包括调用物理相互作 用规则，且其中所述物理相互作用规则应用于虚拟细胞粘附力、虚拟细胞重叠解决和虚拟 细胞运动中的至少一个。
82.如权利要求81所述的计算组件，其中执行stepPhysics功能包括调用物理相互作 用规则，用于解决虚拟细胞重叠，且其中所述虚拟细胞重叠是虚拟细胞生长、虚拟细胞分裂 和虚拟细胞运动中的至少一个的结果。
83.如权利要求68所述的计算组件，其中接收可配置模拟信息包括接收信息，用于在 固定坐标的虚拟环境中对生物事件建模，其中所述虚拟细胞在预定坐标编排中占具离散的 空间。
84.如权利要求68所述的计算组件，其中接收可配置模拟信息包括接收信息，用于在 自由坐标的虚拟环境中对生物事件建模，其中虚拟细胞由实心球体表示，且其中所述虚拟 细胞在三维坐标编排中占据非离散的空间。
85.如权利要求68所述的计算组件，其中接收可配置模拟信息包括接收信息用于在自 由坐标的虚拟环境中对生物事件建模，其中虚拟细胞由多个亚球体表示，且其中所需虚拟 细胞在三维坐标编排中占非离散的空间。
86.如权利要求68所述的计算组件，进一步包括显示当前步边界产生的数据的图像， 数字和文字数字中的至少一种。
87.如权利要求68所述的计算组件，进一步包括在用户界面产生和显示代表当前步边 界的图形图像。
88.如权利要求87所述的计算组件，其中所述图形图像是第一个图形图像，且其中所 述方法进一步包括显示代表下一步边界的第二个图形图像，第二个图形图像按照顺序在第 一个图形图像显示后显示。
89.如权利要求68所述的计算组件，其中初始化个体发育引擎至第一步边界包括将在虚拟环境中的一个或多个虚拟细胞中的 每一个独立地初始化至初始步边界；和将所述个体发育引擎从当前步边界推进至下一步边界，包括推进每一个在虚拟环境中 的一个或多个虚拟细胞，该推进独立于任一个其它虚拟细胞，从而所述方法实现以连续的 方式对生物事件建模。
90.如权利要求68所述的计算组件，其中执行killCells功能，st印Cells功能， StepECM功能和st印Physics功能包括并行执行killCells功能，st印Cells功能，st印ECM 功能和st印Physics功能，从而以连续的方式对生物事件建模。
91.如权利要求68所述的计算组件，其中对生物事件建模包括对上皮组织生长建模。
92.如权利要求68所述的计算组件，其中对生物事件建模包括对干细胞分化过程建模。
93.对具有突现性能的虚拟的多细胞组织的发育进行计算机建模的方法，所述方法包括对一虚拟细胞指定含有一组基因单元的可遗传的虚拟基因组，其中每个基因单元具有 一个基因控制区，其根据虚拟环境中的分子指明所述基因单元的活性，以及一结构区，其指 明由所述基因单元产生的分子或多个分子的种类，且其中由该组基因单元产生的所述分子 包括(al)细胞间粘附分子、(a2)细胞分裂分子、(a3)细胞生长分子、(a4)细胞间信号转导 分子、和(a5)细胞分化分子中的至少一个；指定以下至少一种(bl)化学相互作用规则用以控制在虚拟环境中的一个或多个分 子的遗传以外的行为，(b2)作用规则用以促进所述虚拟细胞的粘附、生长、或分裂条件，和 (b3)物理相互作用规则用以在所述虚拟环境中根据一种或多种变化控制细胞运动， 将至少一个虚拟细胞置于所述虚拟环境中； 更新所述虚拟细胞在所述虚拟环境中的状态，其中更新包括_ 更新所述虚拟细胞中该组基因单元产生的分子状态；应用所述化学相互作用规则更新在所述虚拟细胞中，以及任选地，在虚拟环境中的所 述分子的状态；应用所述作用规则用以更新所述虚拟细胞进行的粘附、生长和分裂作用；和 应用所述物理相互作用规则用以更新所述虚拟细胞相对于所述虚拟环境的位置；和重复所述更新步骤直至发育出具有一个或多个期望的突现性能的虚拟多细胞组织。
94.如权利要求98所述的方法，其中更新所述虚拟细胞的所述状态包括至少以下之引发关于细胞间粘附的作用规则； 引发关于细胞分裂的作用规则， 引发关于细胞生长的作用规则， 生产转运出所述虚拟环境的分子，和 引发细胞分化。
95.如权利要求93所述的方法，其中所述指定的作用规则包括关于细胞粘附力的塑 性、弹性和刚性的规则。
96.如权利要求93所述的方法，其中所述模拟基因组包括至少一个基因单元，其基因 产物是一信号分子，其能够通过第一个化学相互作用规则被转运到细胞外虚拟环境，以及 至少一个基因单元，其基因产物是一受体，其能够通过第二个化学相互作用规则被转运到 细胞表面。
97.如权利要求93所述的方法，其中所述虚拟基因组包括至少一个基因单元，其产生 一分子，该分子通过第一个化学相互作用规则被转运到细胞外环境，以及至少一个基因单 元，其产生一受体类型分子，其通过第二个化学相互作用规则被转运到细胞表面。
98.如权利要求93所述的方法，其中虚拟细胞包含至少一个用于产生特定功能分子的 基因单元，且其中在虚拟细胞中特定功能分子的产生模拟了所述虚拟细胞的不可逆的细胞 状态的改变。
99.如权利要求93所述的方法，其中应用所述作用规则包括应用调用虚拟细胞死亡的 规则。
100.如权利要求93所述的方法，其中应用所述物理作用规则以更新所述虚拟细胞相 对于所述虚拟环境的位置包括基于所述虚拟细胞间的重叠程度，应用计算细胞间力的规则； 在stepPhysics操作期间解决细胞重叠； 应用规则以计算两个或多个虚拟细胞间的分隔距离；和 在stepPhysics操作期间解决两个或多个分离的虚拟细胞间的粘附连接。
101.如权利要求100所述的方法，进一步包括指定所述虚拟细胞的形状为球形。
102.如权利要求100所述的方法，进一步包括指定所述虚拟细胞为多个相互连接的球 形亚细胞，用于模拟可以容纳多种形状的自由形状细胞。
103.如权利要求102所述的方法，其中应用所述作用规则包括应用第一规则，用于将所述多个亚细胞分裂为具有一个或多个球形亚细胞的两个组； 应用第二规则，用于分离所述的两组；和应用第三规则，用于解决所述两组间的一个或多个粘附力，借此应用所述第一、第二和 第三作用规则，模拟产生两个独立虚拟细胞的细胞分裂事件。
104.如权利要求93所述的方法，进一步包括显示代表虚拟的多细胞组织发育进展的 图片、数字和文字数字中的至少一种。
105.如权利要求93所述的方法，进一步包括调整一个或多个计算机建模参数，计算机建模参数选自于下组(i)虚拟环境分子轮廓；(ii)化学相互作用规则，(iii)作用规则； (iv)物理相互作用规则；和(ν)基因单元的组。
106.如权利要求93所述的方法，其中所述更新步骤持续直至虚拟多细胞组织达到成 熟状态，且其中所述成熟状态具有至少以下一种状态(i)在连续的更新步骤间所述虚拟多细胞组织中的变化程度不随时间变化； ( )在虚拟细胞的预设数量中，连续更新步骤间的所述变化程度小于预设的变化程度 的阈值；和(iii)细胞死亡率与细胞分裂率大致相同。
107.如权利要求93所述的方法，其中所述更新步骤持续进行直至所述虚拟多细胞组 织达到稳态状态，且其中所述方法进一步包括至少以下之一扰动所述虚拟多细胞组织的形状，且应用所述更新和重复步骤直至所述虚拟多细胞组 织回复到稳态状态；改变虚拟环境分子轮廓，和应用所述更新和重复步骤直至虚拟多细胞组织回复到稳态 装态；和将细胞从所述虚拟多细胞组织中去除，且应用所述更新和重复步骤直至所述虚拟多细 胞组织回复到稳态状态。
108.根据权利要求93方法制备的具有突现性能的虚拟多细胞组织。
109.如权利要求108所述的组织，其中所述虚拟多细胞组织包括虚拟多能细胞和虚拟 分化的细胞。
110.如权利要求108所述的组织，其中所述虚拟多细胞组织包括多个虚拟细胞层，且 其中所述多个虚拟细胞层中的每一层中的虚拟细胞相对于其它虚拟细胞层而言是不同地 专门化的。
111.计算机执行的上皮组织生长建模的方法，包括 接收可配置的模拟信息，所述可配置的模拟信息包括 配置的物理和化学参数；配置的环境信息； 配置的代谢信息；根据所述可配置的模拟信息初始化个体发育引擎至初始步边界，其中所述初始步边界 在虚拟环境中确定至少一个虚拟干细胞；根据可配置的模拟信息和当前步边界，将所述个体发育引擎从当前步边界推进至下一 步边界，所述推进包括执行St印Cells功能，StepECM功能和st印Physics功能；和 持续进行所述推进直至遇到停止条件。
112.如权利要求111所述的方法，其中配置的物理和化学参数包括确定虚拟限制区 域、重力、最大和最小细胞尺寸、分子衰退率和分子扩散率中的一个或多个的信息。
113.如权利要求111所述的方法，其中配置的环境信息包括确定具有分子轮廓的所述 虚拟环境的信息，所述分子轮廓包括分子类型、分子力值和分子分布。
114.如权利要求113所述的方法，其中所述虚拟环境包括虚拟基底膜。
115.如权利要求113所述的方法，其中配置的代谢信息包括用于确定干细胞虚拟基因 组，一组化学相互作用规则，一组作用规则和一组物理作用规则的信息。
116.如权利要求115所述的方法，其中所述干细胞虚拟基因组包括产生弹性分子、塑 性分子和刚性分子中每一种的基因单元。
117.如权利要求115所述的方法，其中所述化学相互作用规则包括一个或多个化学相 互作用规则，用于转变所述虚拟干细胞为短暂扩充细胞，且其中将所述个体发育引擎从当 前步边界推进至下一步边界包括调用所述化学相互作用规则，从而所述建模上皮组织生长 的方法包括将虚拟干细胞的分化建模成虚拟短暂扩充的细胞的一个。
118.如权利要求111所述的方法，其中持续进行所述推进直至遇到停止条件包括持续 进行所述推进直至遇到配置的停止条件。
119.如权利要求111所述的方法，进一步包括在当前步边界产生配置文件，且储存所 述配置文件以供以后的提取。
120.如权利要求111所述的方法，进一步包括遇到停止条件；接收补充的可配置模拟信息，所述补充模拟信息包括改变信息，用于改变所述可配置 模拟信息；和根据所述可配置模拟信息和所述补充模拟信息初始化所述个体发育引擎至初始步边界。
121.如权利要求111所述的方法，进一步包括在用户界面上产生和显示代表当前步边 界的图形图像。
122.如权利要求121所述的方法，其中所述图形图像是第一个图形图像，且其中方法 进一步包括显示代表下一步边界的第二个图形图像，第二个图形图像按照顺序在第一个图 形图像显示后显示。
123.具有自我修复，对改变的环境做出适应性反应性能，或组织分化的突现性能的多 细胞虚拟组织，包括(a)多个虚拟细胞，每一个都具有可遗传的虚拟基因组，其含有一组虚拟基因，每个虚 拟基因单元具有一个基因控制区，其针对所述虚拟环境中的所述虚拟分子说明所述虚拟基 因的活性，以及结构区，其确定由所述虚拟基因产生的分子或多个分子的类型，其中所述基 因产生的所述分子包括至少一种与以下每项相关的分子(al)细胞间粘附、(a2)细胞分 裂、(a3)细胞生长、(a4)细胞间信号转导、和(a5)细胞分化；其中(b)所述虚拟基因的操作和作用是通过以下规则来引导(bl)化学相互作用规则，其控 制位于或产生于所述虚拟细胞或所述细胞的细胞外环境中的一个或多个分子的遗传以外 的行为，(b2)作用规则，其根据细胞基因产生的与细胞间粘附、细胞生长或细胞分裂相关的 一个或多个分子，分别决定细胞的粘附、细胞生长或细胞分裂，和(b3)物理相互作用规则， 其根据细胞自身的生长或分裂或邻近细胞的生长或分裂来控制细胞如何运动；且其中(c)所述组织的生产是通过重复更新每个细胞的状态，该更新是通过对每个虚拟细胞 的现有状态应用基因控制和分子生产，化学相互作用规则，作用规则和物理相互作用规则 实行的。
全文摘要
文档编号G06G7/60GK101952835SQ20088011514
公开日2011年1月19日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月7日
发明者Timothy L Anderson, Petschulat Cap, Ullysses A Eoff, Marc G Footen, Richard D Newman, Otter Timothy, Mason E Vail, David G Zuercher 申请人:Crowley Davis Res Inc