OSP Suite：模块、理念与构建单元
摘要
本文是 Open Systems Pharmacology Suite（OSP Suite） 官方文档中“Modules, Philosophy, and Building Blocks”一节的个人学习笔记。原文介绍了 OSP 平台的整体软件生态、两个核心建模工具 PK-Sim 与 MoBi 的分工，以及支撑模型构建与复用的构建单元（building blocks）理念。笔记保留了原文的全部要点和两张核心图，并将内容译成中文，方便日后快速查阅。
引言
OSP Suite 包含多款软件工具，采用模块化设计，以支持高效的多尺度建模与模拟工作流。不同软件工具及其交互关系在“软件生态”部分说明。
核心工具 PK-Sim® 与 MoBi® 都使用“构建单元”理念来组织模型信息：
- PK-Sim 的构建单元见 PK-Sim® 及其构建单元。
- MoBi 的构建单元见 MoBi® 及其构建单元。
PK-Sim 基于整体生理学的建模概念，而 MoBi 侧重于复杂信号通路的建模以及对标准 PBPK 框架的扩展。下图展示了不同工具所覆盖的不同生理尺度。
图 1 从左到右依次覆盖了：人群层面、整体器官/循环系统层面、肝细胞层面以及细胞内信号通路层面。其中 PK-Sim 更擅长处理左侧到中间的尺度，MoBi 则擅长从中间到右侧的精细机制建模。
PK-Sim® 及其构建单元
PK-Sim 是一个用于整体生理药代动力学（whole-body PBPK）建模的综合软件工具。它内置了人类和常见实验动物（小鼠、大鼠、小型猪、犬、猴、兔）的解剖与生理参数数据库，用户可以快速调用这些参数来搭建和参数化 PBPK 模型。
PK-Sim 会自动考虑以下过程：
- 通用被动过程：例如通过血流的分布。
- 特定主动过程：例如特定酶介导的代谢。
与大多数 PBPK 工具一样，PK-Sim 面向非建模专家，只允许进行较小的结构修改。但与其他 PBPK 工具不同的是，PK-Sim 提供多种可选的模型结构，例如区分小分子和大分子的重要差异（详见 Model settings）。更重要的是，PK-Sim 与专家级建模工具 MoBi 配套使用，用户可以完全访问所有模型细节，并自由扩展模型结构，从而构建面向现代药物研发的定制化系统药理学模型。
PK-Sim 采用构建单元理念，将模型构建所需的信息分组为以下几类：
- Individuals（个体）
- Populations（人群）
- Compounds（化合物）
- Formulations（制剂）
- Administration Protocols（给药方案）
- Events（事件）
- Observers（观测器）
- Observed Data（观测数据）
这些构建单元的详细说明见“Working with PK-Sim®”。构建单元可以复用和组合，从而生成不同模型。例如：
- 先建立某药物在动物种属中单次静脉给药的模型；
- 将动物个体替换为参数化的虚拟人群，即可获得首次人体（FIH）模拟模型；
- 将制剂替换为控释口服制剂，即可获得控释口服模型；
- 替换给药方案即可获得多次给药模型；
- 替换化合物即可获得另一种药物的模拟模型。
PK-Sim 的详细操作将在“Working with PK-Sim®”中介绍。
MoBi® 及其构建单元
MoBi 是一个用于多尺度生理建模与模拟的系统生物学软件工具。在常微分方程的框架限制内，几乎可以从头构建或导入任何类型的生物学模型，包括：
- 生化反应网络
- 房室疾病进展模型
- PBPK 模型
不过，从头构建 PBPK 模型非常繁琐，因此推荐的做法是从 PK-Sim 导入。MoBi 还可以将上述不同类型的模型结合起来，是建模和模拟多尺度生理系统的强大工具，既能覆盖分子细节，也能整合整体架构。
MoBi 为专家用户提供图形化工具和构建单元，支持从头建立模型和运行模拟。MoBi 的构建单元分为以下几类：
- Molecules（分子）
- Reactions（反应）
- Spatial Structures（空间结构）
- Passive Transports（被动转运）
- Observers（观测器）
- Events（事件）
- Molecule Start Values（分子起始值）
- Parameter Start Values（参数起始值）
- Observed Data（观测数据）
这些构建单元的详细说明见“Working with MoBi®”。上述构建单元同样可以组合生成模型，且可复用。例如：
- 使用不同的起始值组合，可以定义新的场景、情形或个体；
- 可以在某个组织中细化反应网络，并将其更新到所有需要考虑该反应的组织中。
所有构建单元进一步组织为模块（modules）。模块可以是：
- 从 PK-Sim 导入的完整 PBPK 模型；
- 对默认 PBPK 结构的扩展；
- 效应模型；
- 任何自定义模型。
这些模块再组合成模拟（simulations），从而实现灵活高效的模型开发与模拟。
MoBi 的详细操作将在“Working with MoBi®”中介绍。
软件生态
除 PK-Sim 和 MoBi 这两个核心图形界面软件外，OSP 平台还拥有一整套 R 包、资质框架（qualification framework）、验证与自动化工具，以及专门的工作流支持工具。整个软件生态如下图所示。
资质框架（Qualification framework）
资质框架用于对 OSP 平台支持的各种场景（用例）进行自动化验证。该框架常用于新版本 OSP Suite 发布前，通过自动执行一组不断增长的场景，并验证模拟结果是否符合预期，从而确保发布质量。资质框架的详细说明见“Qualification”。
验证与自动化工具
验证与自动化工具包括：
- Installation Validator（安装验证器）：支持“一键”验证 OSP Suite 在目标计算机上的安装。它通过执行预定义的模拟场景，并将模拟结果与（已验证的）参考值进行比较来完成验证。
- Command Line Interface（CLI，命令行接口）：支持 PK-Sim 项目的批量处理，详见“Command Line Interface - CLI”。
R 包
OSP 软件套件为 R 计算环境提供了一系列包，支持对 PK-Sim 和 MoBi 中开发的模型进行脚本化工作流：
- ospsuite：提供加载、操作和模拟 PK-Sim/MoBi 模型的功能，还支持参数敏感性分析、PK 参数计算等扩展工作流。详见 R 文档。
- tlf：提供创建标准化报告表格（Tables）、列表（Listings）和图（Figures）的函数和方法。
- ospsuite.reportingengine：用于自动生成模型报告。
- ospsuite.parameteridentification：提供对模拟进行参数识别（即将模型拟合到观测数据）的功能。该包目前仍在开发中，欢迎贡献。
注意：OSP 资质框架和 R 包不包含在主 OSP Suite 安装包中，需要单独安装。安装说明可在各工具文档或 GitHub 下载页面找到。
OSP 模型交换格式
在 PK-Sim 或 MoBi 中创建的模型可以导出为 PK Modeling Language（*.pkml） 格式，并在 OSP 各工具之间共享。PKML 本质上是一种具有预定义结构的 XML 格式。
导入与导出
除了通过 R 进行通信和交换外，PK-Sim 和 MoBi 还支持导入/导出 MS Excel®、CSV 和 NONMEM® 格式，用于导入实验数据或导出模拟结果等。MoBi 还具有 SBML 导入功能。
PK-Sim 还可以导入和导出项目快照（project snapshots），格式为 JSON。详见“Exporting Project to Snapshot”。
我自己的几点启发
- PK-Sim 与 MoBi 是互补而非替代关系。PK-Sim 适合快速搭建标准 PBPK 模型，MoBi 适合机制扩展和自定义建模。实际项目中，先在 PK-Sim 建骨架，再导入 MoBi 做精细修改，是常见路径。
- 构建单元是 OSP 可复用性的核心。化合物、制剂、个体、方案等被拆成独立单元后，可以快速替换、组合出多种模拟场景，这对 FIH 预测、DDI 评估等工作特别有价值。
- 模块（modules）概念让“标准 PBPK + 自定义机制”成为可能。这避免了从头构建 PBPK 的繁琐，同时保留了专家级修改的自由度。
- R 生态是 OSP 工作流自动化的关键。批处理、资质验证、报告生成、参数识别等任务都可以通过 R 包脚本化，适合需要重复执行和监管提交的场景。
- PKML 是 OSP 内部事实上的“通用语言”。在团队协作或工具链集成时，PKML 与 JSON 快照提供了结构化的模型交换方式。
来源：Open Systems Pharmacology Documentation, Modules, Philosophy, and Building Blocks。原文版权归原作者所有。
