Simulador de Modelo de Potts Celular
Simulador CPM para modelar migración colectiva de Células Precursoras Dorsales durante el desarrollo del pez cebra. Células como cuerpos deformables en una red con filopodios Gaussianos, durotaxis e interacciones de contacto a 10-50 FPS.
Contexto de Negocio
Entender cómo las células migran colectivamente durante el desarrollo embrionario es una pregunta fundamental en biología del desarrollo. Durante la embriogénesis del pez cebra, las Células Precursoras Dorsales migran colectivamente para formar la vesícula de Kupffer — el órgano que establece la asimetría corporal izquierda-derecha. Los modelos basados en agentes que tratan células como puntos o círculos rígidos pierden la física esencial: las células se deforman, se adhieren entre sí con fuerzas dependientes del tipo, y extienden filopodios exploratorios que las jalan en direcciones específicas.
Valor Estratégico
El Modelo de Potts Celular representa cada célula como un cuerpo deformable en una red, evolucionando mediante muestreo Monte Carlo de Metropolis de un Hamiltoniano que balancea restricciones de área, restricciones de perímetro, energía de adhesión y motilidad por filopodios Gaussianos. El modelo de filopodios R(θ) = max{R₀ + Aⱼ·exp(-(θ-θ₀ⱼ)²/(2Wⱼ²))} crea protrusión direccionalmente sesgada que impulsa el arrastre celular. Visualización Canvas 2D en tiempo real a 10-50 FPS con resolución de colisiones en dos pasadas. Desarrollado en SCIAN-Lab y BNI, Universidad de Chile, apoyando investigación publicada en biología del desarrollo.
El Desafío
Entender cómo las células migran colectivamente durante el desarrollo embrionario requiere modelos que capturen formas celulares deformables, interacciones de contacto y motilidad dirigida — no solo dinámica de partículas puntuales.
Nuestro Enfoque
Minimización de Hamiltoniano balanceando restricciones de área, restricciones de perímetro, energía de adhesión y motilidad por filopodios Gaussianos. Resolución de colisiones en dos pasadas, codificación de color por célula, dinámica de bordes tisulares, proliferación celular.
Indicadores Clave de Rendimiento
| KPI | Línea Base | Resultado | Impacto |
|---|---|---|---|
| Modelo Celular | Partículas puntuales | Cuerpos deformables en red | Dinámica de formas realista |
| Visualización | Solo post-procesamiento | Canvas 2D en tiempo real a 10-50 FPS | Exploración interactiva de parámetros |
Arquitectura
cpm simulator
The Biology
During zebrafish embryonic development, Dorsal Forerunner Cells (DFCs) migrate collectively to form the Kupffer’s vesicle — the organ that establishes left-right body asymmetry. Understanding this process requires a model that captures what actually matters: cells aren’t points or rigid circles. They deform. They stick to each other. They extend probing filopodia that pull them in specific directions.
The Model
The Cellular Potts Model represents each cell as a deformable body occupying multiple lattice sites. The system evolves through Metropolis-style Monte Carlo sampling — proposing site-copy events and accepting or rejecting them based on a Hamiltonian energy function that balances four competing forces:
Area and perimeter constraints keep cells from growing or shrinking unrealistically. Adhesion energy governs how strongly different cell types stick to each other. And the Gaussian filopodia model drives migration:
R(θ) = max_j { R₀ + Aⱼ · exp(-(θ - θ₀ⱼ)² / (2·Wⱼ²)) }
Each filopodium creates a directional protrusion bias — amplitude Aⱼ, preferred direction θ₀ⱼ, angular width Wⱼ. The maximum over all filopodia determines the cell’s effective reach, creating the crawling behavior observed in real DFC migration.
The simulation runs at 10–50 FPS with real-time 2D Canvas visualization, two-pass collision resolution, and tissue boundary dynamics (EVL and DEB layers). Developed at SCIAN-Lab and BNI, Universidad de Chile, supporting developmental biology research.
Stack Tecnológico
Capturas de la Aplicación
Diagramas Técnicos
cpm biological context
cpm cell model
cpm collision passes
cpm durotaxis