Usare JADE come simulatore multi-agente del sistema immunitario

Abstract

Il sistema immunitario è uno dei sistemi biologici più complessi in un organismo ed è costituito da milioni, se non miliardi, di cellule di diversa natura. Queste cellule interagiscono tra loro per proteggere l'organismo da agenti patogeni esterni come virus e batteri. Sulla base dei loro comportamenti e dell'istanza di attivazione, le cellule del sistema immunitario possono essere ulteriormente classificate come parte del sistema immunitario innato o adattivo, che abbiamo modellato in questa tesi.

C'è stata un'enorme quantità di ricerca nel campo dell'immunologia per comprendere la natura del sistema immunitario che lavora per proteggere il corpo da questi agenti patogeni. In questa tesi, abbiamo esplorato un altro possibile modo per modellare diversi attori del sistema immunitario utilizzando agenti software. Qui, modelliamo questi attori come agenti software e le loro interazioni tramite il linguaggio di comunicazione dell'agente. Questo approccio non solo ci aiuta a simulare vari aspetti del sistema immunitario (ad es. Sistema immunitario adattivo e innato), ma anche a comprendere molte condizioni immunologiche correlate a diversi tipi di infezioni e la risposta immunitaria in caso di reinfezione.

In questa tesi, presentiamo la progettazione iniziale e lo sviluppo di una simulazione basata su agenti del sistema immunitario utilizzando un noto framework di agenti, JADE. Presentiamo le scelte ingegneristiche che abbiamo fatto e l'istanza di alcuni passaggi della risposta secondaria del sistema immunitario. Discutiamo l'implementazione in JADE e presentiamo alcuni risultati sperimentali.

The immune system is one of the most complex biological systems in an organism and consists of millions -- if not billions -- of cells of different natures. These cells interact amongst themselves to keep the organism safe from external pathogens such as viruses and bacteria. Based upon their behaviours and instance of activation, the cells of the immune system can be further categorized as a part of either the Innate or Adaptive Immune System, which we have modelled in this thesis.

There has been a huge deal of research in the field of immunology to understand the nature of the immune system that works under the hood to protect the body against these pathogens. In this thesis, we have explored another possible way to model different actors of the Immune system using software agents. Here, we model these actors as software agents and their interactions via agent communication language. This approach not only helps us to simulate various aspects of the immune system (e.g., Adaptive and Innate Immune System) but also, to understand many immunological conditions related to different types of infections and the immune response in case of a re-infection.

In this thesis, we present the initial design and development of an agent-based simulation of the immune system using a well-known agent framework, JADE. We present the engineering choices we made and the instantiation of some steps of the secondary immune system response. We discuss the implementation in JADE, and we present some experimental results.