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Articles by Vipul Periwal in JoVE
Asistida por ordenador a gran escala de visualización y cuantificación de los islotes pancreáticos, distribución de tamaño y arquitectura
Abraham Kim1, German Kilimnik1, Charles Guo1, Joshua Sung1, Junghyo Jo2, Vipul Periwal2, Piotr Witkowski3, Philip Dilorio4, Manami Hara1
1Department of Medicine, University of Chicago, 2Laboratory of Biological Modeling, National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, National Institutes of Health, 3Department of Surgery, University of Chicago, 4Diabetes Division, University of Massachusetts
Nuevos métodos asistidos por ordenador a gran escala de adquisición y análisis de muestras de páncreas mediante inmunohistoquímica manchadas se describen: (1) Cortar la captura virtual de toda la sección, (2) análisis de la misa de datos a gran escala, (3) Reconstrucción de 2D cortes virtuales , (4) la cartografía en 3D de islotes, y (5) El análisis matemático.
Other articles by Vipul Periwal on PubMed
Patrones De Consumo De Alimentos Se Correlacionan Con índice De Masa Corporal
American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism. Nov, 2006 | Pubmed ID: 16772324
Cuantificación de la conducta alimentaria puede dar pistas a los mecanismos fisiológicos y de comportamiento detrás de regulación del peso. Se analizaron registros dietéticos año-largo de 29 temas de peso estable. Los registros mostraron variaciones amplias diarias de ingesta de alimentos. Calcula la autocorrelación temporal y la asimetría de la masa de la ingesta de alimentos, energía, carbohidratos, grasas y proteínas. También calcula el coeficiente de correlación cruzada entre ingesta masa y consumo de la energía. La masa de la toma de comida exhibe tendencias a largo plazo que fueron positivamente asimétricos, con amplia variabilidad entre los individuos. La duración media de las tendencias (P = 0, 003) y la asimetría (P = 0.006) de la ingesta de alimentos masa se correlacionaron significativamente con índice de masa corporal promedio (IMC). También encontramos que el más bajo el coeficiente de correlación entre el contenido de energía y la masa de la ingesta de alimentos, cuanto mayor sea el índice de masa corporal. Nuestros resultados implican que los seres humanos en equilibrio de energía neutral comer ad libitum exhiben un sesgo positivo a largo plazo en la ingesta de alimentos que opera parcialmente a través de la masa de los alimentos ingeridos para defenderse de comer demasiado poco más vigorosamente que comer demasiado.
Evaluación De Modelos Cuantitativos Del Efecto De La Insulina Sobre La Eliminación De La Glucosa Y La Lipólisis
American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. Oct, 2008 | Pubmed ID: 18685069
Los efectos de la insulina en la supresión de la lipólisis no estan completamente entendidos ni cuantificados. Examinamos una variedad de modelos matemáticos análogos al modelo mínimo de disposición de glucosa (MMG) para cuantificar la influencia combinada de la insulina en lipólisis y disposición de glucosa durante una insulina modificado con frecuencia muestra la prueba de tolerancia de glucosa intravenosa. Los modelos probados, que incluyen dos previamente publicados, consistió en compartimientos separados para la concentración de ácidos grasos libres (FFA), glucosa e insulina. Difieren en el número de compartimientos y en la acción de la insulina para suprimir la lipólisis que disminuyeron el nivel de la FFA de plasma. En una categoría de modelos, un compartimiento de insulina solo actuó en glucosa y FFA simultáneamente. En una segunda categoría, hubo dos compartimientos de la insulina, cada uno actuando en FFA y glucosa independientemente. Cada una de estas dos categorías, probamos 11 variaciones de cómo insulina suprime la lipólisis. También probamos un modelo con un compartimiento de glucosa adicional que actuaba en la FFA. Estos 23 modelos se ajustaron a las concentraciones de glucosa de 102 temas y plasma FFA individualmente. Utilizando métodos de comparación de modelo bayesiano, seleccionamos el modelo que mejor equilibrado la complejidad del modelo de ajuste y minimizado. En el mejor modelo, insulina suprime la lipólisis mediante una función de colina a través de un compartimento remoto que actuaba en glucosa y FFA simultáneamente y dinámica de glucosa obedeció el MMG clásico.
Hipertrofia O Hiperplasia: Dinámica De Crecimiento De Tejido Adiposo
PLoS Computational Biology. Mar, 2009 | Pubmed ID: 19325873
Tejido adiposo crece por dos mecanismos: hiperplasia (aumento del número de la célula) y la hipertrofia (aumento de tamaño de célula). Genética y la dieta afectan las contribuciones relativas de estos dos mecanismos para el crecimiento del tejido adiposo en la obesidad. En este estudio, se midieron las distribuciones de tamaño de las células adiposas epididimales de dos cepas de ratón, resistente a la obesidad FVB/N y propensas a la obesidad C57BL/6, después de 2, 4 y 12 semanas bajo alimentación regular y alta en grasas condiciones. Se estimó el número total de células en el epidídimo Panículo graso de la grasa cojín de masa y la distribución de tamaño de celda normalizada. El número de celular y el incremento del tamaño de la célula promedio ponderado por volumen en función de la grasa masa del cojín. Para enfrentar el crecimiento de tejido adiposo precisamente, hemos desarrollado un modelo matemático que describe la evolución de las distribuciones de tamaño de la célula adiposas en función de la masa creciente de almohadilla de grasa, en lugar del tiempo cronológico creciente. Nuestro modelo describe el reclutamiento de nuevas células adiposas y su posterior desarrollo en diferentes cepas y con los regímenes de dieta diferente, con mecanismos comunes, pero con los parámetros del modelo dependientes de la dieta y genética. En comparación con la cepa de la FVB/N, la cepa C57BL/6 tiene mayor reclutamiento de pequeñas células adiposas. Hiperplasia es realzada por la dieta alta en grasas de manera dependiente de la cepa, lo que sugiere una interacción sinérgica entre la genética y la dieta. Por otra parte, la alimentación alta en grasas aumenta la tasa de crecimiento del tamaño de célula adiposa, independiente de la tensión, reflejando el aumento de calorías que requieren almacenaje. Además, la dieta alta en grasas conduce a separarse dramática de la distribución de tamaño de las células adiposas en ambas cepas; Esto implica un aumento en las fluctuaciones del tamaño de las células adiposas a través de la facturación de lípidos.
Un Modelo De Regeneración Hepática
Biophysical Journal. May, 2009 | Pubmed ID: 19450465
La red de interacciones que subyacen la regeneración hepática es robusta y precisa con las resecciones hepáticas, dando lugar a hiperplasia controlada (proliferación celular) que termina cuando el hígado recupera su masa perdida. La interacción de citoquinas y factores de crecimiento responsables de la creación y terminación de esta hiperplasia no es bien entendida. Se elaboró un modelo para esta red de interacciones basadas en los datos conocidos de las resecciones hepáticas. Este modelo reproduce los datos relevantes publicados en la regeneración hepática y ofrece ideas geométricas sobre las observaciones experimentales. Las predicciones de este modelo se utilizan para sugerir dos nuevas estrategias para acelerar la recuperación de masa hepática y una estrategia para permitir la recuperación de masa hepática en casos donde deja una resección < 20% del hígado que de lo contrario daría lugar a completar la pérdida de masa del hígado.
Formación Islet Durante El Desarrollo Neonatal En Ratones
PloS One. 2009 | Pubmed ID: 19893748
El islote de Langerhans es un único micro-órgano en el páncreas exocrino, que se compone de secretoras de insulina de las células beta secretoras de glucagón, las células-alfa, que secretan somatostatina-células delta, polipéptido pancreático, que secretan las células secretoras de la grelina y PP- épsilon-células. Islotes también contienen no endocrinos tipos de células como las células endoteliales. Sin embargo, el mecanismo (s) de la formación de islotes es poco conocida debido a dificultades técnicas en la captura de este dinámico evento in situ. Hemos desarrollado un método para controlar la proliferación de las células beta y la formación de islotes en el páncreas intacto el uso de ratones transgénicos en los que las células beta están específicamente etiquetados con una proteína fluorescente. La proliferación de las células endocrinas de forma contigua, formando un cordón ramificadas como las estructuras tanto en los embriones y recién nacidos. Nuestro estudio ha puesto de manifiesto grandes extensiones de islotes interconectados ubicados a lo largo vasos sanguíneos grandes en el páncreas neonatal. Las células alfa abarcan los islotes alargados-como las estructuras, lo que planteamos la hipótesis representan sitios de la fisión y facilitar la eventual formación de islotes discretos. Proponemos que la formación de los islotes se produce por un proceso de fisión tras la proliferación contigua de células endocrinas, en lugar de por la agregación local o fusión de las células beta aisladas e islotes. Modelos matemáticos del proceso de fisión en la formación de islotes neonatal también se presenta.
Efectos Diferenciales De Las Tiazolidinedionas En El Adipocito Crecimiento Y Reclutamiento En Ratas Grasosas Zucker
PloS One. 2009 | Pubmed ID: 20041138
Tejido adiposo crece por dos mecanismos: hiperplasia (aumento del número de la célula) y la hipertrofia (aumento de tamaño de célula). Las tiazolidinedionas son sensibilizan a la insulina agonistas de gamma del receptor activado de proliferador de peroxisoma que afectan a la morfología del tejido adiposo.
Cdk4 Regula La Contratación De Beta-células Quietos Y Progenitores Epiteliales Ductales Para Reconstituir Las Células Beta Masiva
PloS One. 2010 | Pubmed ID: 20084282
Productoras de insulina las células beta de los islotes pancreáticos (células beta) son destruidas, severamente agotadas o deterioradas funcionalmente en diabetes. Por lo tanto, sustitución de células beta funcionales masa adelantaría el manejo de la diabetes clínica. Previamente hemos demostrado la importancia de Cdk4 en la regulación de células beta masiva. Ratones deficientes Cdk4 Mostrar la hipoplasia de la célula beta y desarrollan diabetes, mientras que la hiperplasia de células beta se observa en los ratones que expresaban una quinasa Cdk4R24C activo. Mientras que la replicación de células beta parece ser el mecanismo principal responsable del aumento total de células beta, considerable evidencia apoya también una contribución del epitelio ductal pancreático en la generación de nuevas células beta. Además, si bien se cree que la mayoría de las células beta están en un estado de "latencia", no está claro si y en qué medida las células quiescentes pueden ser coaxed para participar en la respuesta regenerativa de células beta. Aquí, nos dirigimos a estas consultas usando un modelo de Pancreatectomía parcial (PX) en ratones mutantes Cdk4. Para investigar la cinética del proceso de regeneración precisamente, realizamos ADN analógico linaje trazado estudios seguidos de modelación matemática. Dentro de una semana después de PX, observamos considerable proliferación de beta-células de los islotes y células epiteliales ductales. Curiosamente, el modelo matemático demostró que el reclutamiento de células quiescentes en el ciclo celular activo promueve la reconstitución de masa de células beta en el páncreas Cdk4R24C. Por otra parte, dentro de 24-48 horas post-PX, células epiteliales ductales expresando el factor de transcripción Pdx-1 dramáticamente incrementaron. También se detectaron células insulina-positivas en el epitelio ductal junto con un aumento significativo de los racimos de la célula del islote-como en el páncreas Cdk4R24C. Concluimos que Cdk4 no sólo promueve la replicación de células beta, sino que también facilita la activación de progenitores de células beta en el epitelio ductal. Además, demostramos que Cdk4 controla la masa celular beta mediante la contratación de células quiescentes para entrar en el ciclo celular. Comparando la contribución de la proliferación celular y el islote-como racimos al aumento total de células positivas insulina sugiere una contribución no proliferativa grande hasta ahora desacostumbrada.
Ondas De Crecimiento De Tejido Adiposo En Ratas Genéticamente Obesas Zucker Graso
PloS One. 2010 | Pubmed ID: 20107501
En los mamíferos, se almacenan calorías ingeridas por encima de los que se utilizan principalmente como grasa en el tejido adiposo; constante ingestión de exceso de calorías requiere una ampliación del tejido adiposo masa. Así, una disfunción en el crecimiento de tejido adiposo puede ser un factor clave en la resistencia a la insulina debido a la acumulación de grasa desequilibrado e interrumpe la acción de la insulina. Crecimiento de tejido adiposo requiere la contratación y el desarrollo de las células adiposas del precursor, pero poco se sabe sobre estos procesos in vivo.
Expresión En Células Aneuploides De Drosophila S2
PLoS Biology. Feb, 2010 | Pubmed ID: 20186269
Extensas llegadas de dosis del gen equilibrado en aneuploides son altamente perjudiciales. Sin embargo, sabemos muy poco sobre la relación entre el número de copias del gen y la expresión en células aneuploides. Determinamos la copia número y transcripción abundancia (expresión) genoma en células de Drosophila S2 por Seq-DNA y RNA-SEQ. Encontramos que las células S2 son aneuploides para > 43 Mb del genoma, sobre todo en la gama de uno a cinco copias y mostrar un genotipo masculino (aproximadamente dos cromosomas y cuatro juegos de autosomas, o 2 X; 4A). Los cromosomas X y autosomas demostraron compensación de dosis de expresión. Cromosoma x expresión fue elevado en forma fixed-fold independientemente de la dosis del gen real. En términos de ingeniería, el sistema "anticipa" la perturbación causada por X dosis, en lugar de responder a un error causado por la perturbación. Esta regulación feed-forward dio lugar a la compensación de dosificación exacta sólo cuando X dosis era la mitad de la dosis de autosome. Compensación insuficiente ocurrió en la dosis más baja del cromosoma X y expresión excesiva ocurrió en dosis más altas. ARNi caída del hombre específico letal complejo había suprimido regulación feed-forward. Tanto autosome y genes del cromosoma X Mostrar compensación específica del hombre mortal-independiente que se adapta a una primera curva dosis-respuesta de orden. Nuestros datos indican que la compensación de dosis de expresión amortigua el efecto del número de copias de ADN alterado todo el genoma. Para el cromosoma X, compensación incluye componentes fijos y dependiente de la dosis.
Autorregulación De Los Radicales Libres Mediante Desacoplar Control De Proteínas En La Mitocondria De La Célula Beta Pancreática
Biophysical Journal. Jan, 2010 | Pubmed ID: 20338842
Las células beta pancreáticas sensación la concentración de glucosa en sangre-ambiente y secretan insulina para indicar otros tejidos para tomar glucosa. Mitocondria juega un papel clave en esta respuesta como que metabolizan nutrientes para producir ATP y especies reactivas del oxígeno (ROS), los cuales están implicados en la señalización de la secreción de insulina. Basado en datos disponibles en la literatura y los modelos matemáticos desarrollados anteriormente, presentamos un modelo de glucosa-estimula la respiración mitocondrial, síntesis de ATP y producción de ROS y control en las células beta. El modelo es consistente con un número de observaciones experimentales, divulgado en la literatura. En particular, que captura el aumento no lineal en la tasa de fuga de protones en el alto potencial de la membrana y el aumento de esta fuga debido a la activación de la proteína (UCP) desacoplar por ROS. Las formas orgánicas utilizadas para modelar la producción de ROS y penetración de rendimiento de regulación de UCP en estos mecanismos, como muchos detalles aún no han sido revelados en la literatura experimental. Examinamos los efectos de corto y largo plazo de la inhibición de la activación de UCP y cambios en la densidad mitocondrial en las respuestas mitocondriales a glucosa. Resultados sugieren aumentar la densidad mitocondrial mientras disminuye la actividad de la UCP puede ser una manera eficaz de aumentar la secreción de insulina estimulada por glucosa disminuyendo el estrés oxidativo.
Muerte Del Adipocito Basadas En Hipertrofia Abruma Reclutamiento Bajo Aumento De Peso Prolongada
Biophysical Journal. Dec, 2010 | Pubmed ID: 21112277
Cojines gordos dinámicamente regulan el déficit y capacidad de almacenamiento de energía en exceso de energía. Este proceso de remodelación no se entiende completamente, con las controversias sobre las diferencias entre los depósitos de grasa y plasticidad del número de células adiposas. Examinamos cambios de distribuciones de tamaño de la célula adiposa de ratón en epidídimo, inguinal, retroperitoneal y mesentérica grasa bajo aumento de peso y pérdida. Con el modelado matemático, específicamente analizamos el reclutamiento, crecimiento/contracción y pérdida de las células adiposas, incluyendo la dependencia del tamaño de estos procesos. Encontramos un cualitativo universal tejido adiposo remodelación proceso en todos los depósitos de grasa 4: 1), hay reclutamiento continuo de nuevas células en el aumento de peso; 2), el crecimiento y la contracción de las células más grandes (diámetro > 50 μm) es proporcional a la superficie de la célula; y 3), pérdida de la célula ocurre bajo peso prolongada, con células más grandes más susceptibles. El modelo matemático da una visión integradora predictiva de tejido adiposo remodelado en obesidad.
Mayor Respuesta Aguda De La Insulina a La Glucosa Puede Determinar Una Mayor Separación De ácidos Grasos Libres En Las Mujeres Afroamericanas
The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. Aug, 2011 | Pubmed ID: 21593106
Obesidad y diabetes son más comunes en los afroamericanos que los blancos. Porque los ácidos grasos libres (FFA) participar en el desarrollo de estas condiciones, estudiar las diferencias de raza en la regulación de FFA y glucosa por insulina es esencial.
La Formación De Islotes Pancreáticos Implica La Expansión Coordinada De Pequeños Islotes Y La Fisión De Los Grandes Unidos Islet-como Las Estructuras
Biophysical Journal. Aug, 2011 | Pubmed ID: 21806924
Los islotes de Langerhans, los micro-organismos para mantener la homeostasis de la glucosa, varían en tamaño desde pequeños grupos de menos de 10 células de los islotes a los grandes que consisten en varios miles de células endocrinas. Distribuciones de los islotes de tamaño entre especies diferentes son similares e independientes del tamaño del cuerpo, lo que sugiere un límite intrínseco a los islotes de tamaño. Poco se sabe sobre los mecanismos que regulan el tamaño de los islotes. Hemos llevado a cabo un análisis exhaustivo de los cambios de distribución del tamaño de los islotes en el páncreas de ratón intacta desde el nacimiento hasta los ocho meses, incluyendo el modelado matemático para cuantificar este proceso biológico dinámico. El crecimiento de los islotes fue dependiente de la talla durante el desarrollo, con una expansión preferente de otras islas y la fisión de los grandes islotes interconectados-como las estructuras que se producen más activamente en aproximadamente tres semanas de edad en el momento del destete. El proceso de formación islote era completa por cuatro semanas con la formación de islotes poco o ningún nuevo con posterioridad, y todas las células beta tenía potencial proliferación de baja en el adulto, independientemente del tamaño de los islotes. De manera similar, en ratones portadores de insulinoma, el proceso temprano del desarrollo postnatal incluyendo fisión siguió el curso mismo tiempo sin formación de islotes nuevo en los adultos. Sin embargo, la progresión del tumor llevado a un crecimiento incontrolado islote con la expansión acelerada de las grandes islas. Así, la formación de los islotes y el crecimiento es un proceso estrechamente regulado que implica la expansión preferente de islotes y de fisión de las grandes interconectadas islote estructuras similares.
Islote Cambiaron La Composición Y La Pérdida Desproporcionada De Islotes Grandes En Pacientes Con Diabetes Tipo 2
PloS One. 2011 | Pubmed ID: 22102895
Islotes humanos exhiben la arquitectura islote distinto con entremezclado alfa y beta de las células sobre todo en los islotes de gran tamaño. En este estudio, se examinó cuantitativamente los cambios patológicos del páncreas en pacientes con diabetes tipo 2 (DT2). Específicamente, hemos probado una hipótesis de que los cambios en la masa de células endocrinas y la composición son los islotes de tamaño dependiente. Un análisis a gran escala de las secciones de páncreas de cadáveres de pacientes con DM2 (n = 12) y no diabéticos (n = 14) se llevó a cabo en combinación con semi-automático de análisis para cuantificar los cambios en la arquitectura del islote. El método siempre que la distribución de los islotes de representación en la sección de páncreas completo que nos permite examinar los detalles de la composición de células endocrinas en los islotes individuales. Se ha observado una pérdida preferencial de los islotes de gran tamaño (> 60 micras de diámetro) en pacientes con DM2 en comparación con sujetos no diabéticos. Análisis de la composición células de los islotes reveló que la fracción de las células beta en los islotes grandes se redujo en los pacientes DT2. Este cambio fue acompañado por un aumento recíproco de la fracción de alfa-célula, sin embargo total de alfa-célula área se redujo junto con las células beta en DT2. Delta-célula fracción y el área se mantuvo sin cambios. La cuantificación asistida por ordenador de los cambios morfológicos en la estructura del islote minimiza el sesgo de muestreo. Significativo de las células beta pérdida se observó en los islotes grandes en DT2, en los que la alfa-célula relación recíprocamente aumentado. Sin embargo, no hubo expansión alfa-célula y el total de alfa-célula área se redujo también. Los cambios en la arquitectura de los islotes fueron marcados en los islotes de gran tamaño. Nuestro método es ampliamente aplicable a las distintas muestras mediante el análisis estándar de inmunohistoquímica que puede ser especialmente útil para estudiar los grandes animales incluyendo los seres humanos donde el tamaño del órgano grande impide la cuantificación manual de morfología de los órganos.
Bayesiano Funcional Integral Del Método Para Inferir Datos Continuos De Medidas Discretas
Biophysical Journal. Feb, 2012 | Pubmed ID: 22325261
Inferencia de la tasa de secreción de insulina (ISR) de las mediciones de péptido C como una cuantificación de la función de las células β pancreáticas es clínicamente importante en enfermedades relacionadas con sensibilidad a la insulina reducida y la acción de la insulina. ISR derivado de la concentración del péptido C es un ejemplo de selección de modelos bayesianos no paramétrico que una propuesta tiempo-curso ISR se considera ser un "modelo". Un valor deducido de variables continuas inaccesibles de discretos datos observables es a menudo problemático en biología y medicina, porque es a priori claro cómo robusta la inferencia es la eliminación de puntos de datos y una cuestión estrechamente relacionada, cuántas suavidad o continuidad los datos apoyan actualmente. Predicciones ponderadas por la distribución posterior pueden votar como integrales funcionales según lo utilizado en la teoría estadística de campo. Integrales funcionales son generalmente difíciles de evaluar, especialmente para las limitaciones nonanalytic como positividad de los parámetros estimados. Proponemos un método de cómputo manejable que utiliza la solución exacta de una función de verosimilitud asociada como una distribución de probabilidad previa para una evaluación de cadena de Markov Monte Carlo de la parte posterior para el modelo completo. Como una aplicación concreta de nuestro método, se calcula el ISR de mediciones reales de péptido C clínicas en seres humanos con distintos grados de sensibilidad a la insulina. Nuestro método demuestra la viabilidad de la selección de modelo bayesiano integral funcional como un método práctico para tal inferencia basadas en datos, permitiendo que los datos determinar el calendario de suavizado y la anchura de la distribución de probabilidad anterior en el espacio de modelos. En particular, nuestro método de comparación de modelo determina el tiempo-paso discreto para la interpolación de la variable continua inobservable que está respaldada por los datos. Intenta ir a más finos discretos pasos tiempo conduce a modelos menos probables.
