A Novel Approach to Multi-Compartmental Model Implementation to Achieve Metabolic Model Identifiability on Patient's CGM Data

Abstract

Diabetes je civilizační choroba. Při vývoji nových léčebných metod je vhodné využít in-silico metod pro snížení nutnosti využít živé subjekty. In-silico vyhodnocení vyžaduje spolehlivý metabolický model, který je často realizován jako multi-kompartmentový. Častým přístupem k implementaci takových modelů je využití soustavy obyčejných diferenciálních rovnic. Tento přístup využívá exponenciální přenosové funkce k přenosu látek mezi kompartmenty. Využití jiných, než exponenciálních přenosů může být složité. Navrhli jsme tedy novou metodu založenou na přímé numerické integraci oddělených kompartmentů, které lze dále dekomponovat do látkových depotů. Tento přístup umožňuje modelovat přenosy látek jako oddělené procesy s různými, jinými než exponenciálními přenosy, např. při modelování absorpce karbohydrátů v zažívacím traktu. Další výhodou je dodržení zákonu zachování hmoty jak na výpočetní, tak architekturní úrovni. Tyto výhody jsou klíčovou vlastností při identifikaci modelu na datech, která nebyla získána v izolovaných a kontrolovaných podmínkách. Dále jsme transformovali soustavu diferenciálních rovnic (funkcí) do komponentového modelu, který zvyšuje čitelnost, testovatelnost, verifikovatelnost a redukuje celkové náklady při vývojovém procesu. Naši metodu jsme demonstrovali převedením Samadiho modelu do této reprezentace a rozšířili jsme jej o přenosovou funkci, která není exponenciálního charakteru.