C-ImmSim

C-ImmSimは、1995年に、免疫システムシミュレータであるIMMSIMのC言語版として開発されました。IMMSIMは、1991年に天体物理学者のPhil E. Seidenと免疫学者のFranco Celadaによって、Celada-Seidenモデルを実装するためにAPL-2（APL2はIBM社の登録商標です）で記述されたプログラムです。移植作業は主にFilippo Castiglioneが担当し、他の数名の協力を得て開発が進められました。

セラダ・セイデンモデル

Celada -Seidenモデルは、メソスコピック レベルでの 遺伝的抗原に対する適応免疫の体液性および細胞性反応を構成するメカニズムを論理的に説明したものです。

Celada-Seiden モデルの計算版はIMMSIMコードです。

Celada-SeidenモデルとC-ImmSimは、単一のプログラムに複数のモデルを集約したものと捉えるのが最も適切です。実際には、特定の機能を実現する様々なコンポーネントがあり、オン/オフを切り替えることができます。現段階では、C-ImmSimは今日の免疫学的知見の主要な「中核事実」を組み込んでいます。例えば、

  • 特定の要素の多様性、
  • MHC制限、
  • 抗原親和性によるクローン選択、
  • T細胞の胸腺教育、抗原処理と提示（細胞質とエンドサイトーシスの両方の経路が実施される）
  • 細胞間の協力、
  • 骨髄によって作られた細胞の恒常性、
  • 抗体の過剰変異、
  • 細胞性および体液性の反応と記憶の成熟。

さらに、抗原は細菌、ウイルス、アレルゲン、または腫瘍細胞を表すこともあります。

Celada-Seiden モデルは高度に複雑なため、抗体の過剰変異、胚中心反応 (GCR)、免疫化、胸腺選択、ウイルス感染、過敏症などのさまざまな免疫現象をシミュレートするのに適しています。

C-ImmSimの最初のリリース以来、コードは何度も修正されてきました。現在のバージョンには、オリジナルのCelada-Seidenモデルには含まれていなかった機能が含まれています。

C-ImmSimは最近、HIV-1感染をシミュレートできるようにカスタマイズされました。さらに、一般的な固形腫瘍に対する免疫療法のシミュレーションも可能です。これらの機能はすべてコードに含まれており、コンパイル時にオン/オフを選択できます。ただし、現在のユーザーガイドでは標準的な免疫系反応の説明のみを扱っており、HIV-1と癌の特性については何も示されていません。

C-ImmSimの最新バージョンでは、SARS-CoV-2感染のシミュレーションが可能です。[ 1 ]

寄稿者

移植は、特に初期検証段階において、Seiden氏の支援のおかげで実現しました。Massimo Bernaschi氏は、C-ImmSimのベータ版から開発に貢献しました。特に並列版の開発に関わるメモリ使用量とI/Oの最適化の大部分は、Bernaschi氏のおかげで実現しました。その後数年間、他の数名の方々もコードのさらなる開発に貢献しました。

Celada-Seidenモデルの軌跡を辿って開発された他の計算モデルも存在します。これらは、F. CastiglioneによるIMMSIMの最初のC言語移植版から（ある程度）派生したものです。S. Kleinsteinが開発したIMMSIM++、R. Puzoneが開発したIMMSIM-C、J. Textorが開発したLimmsim、そしてPappalardoが開発したSimTriplexです。

C-ImmSim は、一連の出版物で部分的に説明されていますが、広範囲にわたって説明されたことはありません。その理由としては、IMMSIM コードの他の参考資料が利用可能であり、それが C-ImmSim のマニュアルとしても使用できること、また、C-ImmSim の完全な説明を通常の論文に圧縮することが非現実的であることなどが挙げられます。

IMMSIMは、著者らの考えでは、実際の実験室での生体内実験およびin vivo実験と同様の実験を実行するコンピュータシステムを開発するというアイデアに基づいて構築されました。これは、生物学者が免疫システムの仕組みに関する理論や仮説を検証するのに役立つように開発・維持されているツールです。彼らはこれを「in Machina（機械内）」または「in silico（シリコ）」実験と呼んでいました。IMMSIMは、生物学／免疫学の学生に免疫メカニズムを実際に操作し、免疫応答における細胞および／または分子相互作用の基本概念を理解する機会を提供するために、この種のツールの教育的可能性にも着目して開発されました。

この目的のために、IMMSIM++はMicrosoft Windows®向けに開発され、Celada-Seidenモデルの様々な機能（ただし、すべてではありません）を探索する機会を提供しています。ただし、実行ファイルのみが提供されているため、そのコードはテスト/開発用に公開されていません。

LImmSim はGNU GPL の下で利用可能です。

SimTriplexは、C-ImmSimバージョン6から派生した同モデルのカスタマイズ版です。がん免疫予防のシミュレーションを目的として開発されました。

参考文献

  1. ^ Kar, T.; Narsaria, U.; Basak, S.; Deb, D.; Castiglione, F.; Mueller, D.; Srivastava, A (2020). 「SARS-CoV-2に対するマルチエピトープワクチン候補」 . Scientific Reports . 10 (10895). Nature Research: 10895. Bibcode : 2020NatSR..1010895K . doi : 10.1038/ s41598-020-67749-1 . PMC  7331818. PMID  32616763 .
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