في هذا البروتوكول ، يتم إعادة بناء جزر البنكرياس وتحليلها باستخدام خوارزميات حسابية يتم تنفيذها في تطبيق مخصص متعدد المنصات.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
إعادة البناء الحسابي لجزر البنكرياس كأداة للتحليل الهيكلي والوظيفي
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
الخصائص الهيكلية لجزر البنكرياس هي المفتاح للاستجابة الوظيفية للأنسولين والجلوكاجون والخلايا المفرزة للسوماتوستاتين ، بسبب آثارها في الاتصالات داخل الجزيرة عبر الإشارات الكهربائية والباراكرين والأوتوكرين. في هذا البروتوكول ، يتم أولا إعادة بناء البنية ثلاثية الأبعاد لجزيرة البنكرياس من البيانات التجريبية باستخدام خوارزمية حسابية جديدة. بعد ذلك ، يتم الحصول على الخصائص المورفولوجية والاتصالية للجزيرة المعاد بناؤها ، مثل عدد ونسب الأنواع المختلفة من الخلايا ، والحجم الخلوي ، وجهات الاتصال من خلية إلى خلية. بعد ذلك ، يتم استخدام نظرية الشبكة لوصف خصائص الاتصال للجزيرة من خلال مقاييس مشتقة من الشبكة مثل متوسط الدرجة ومعامل التجميع والكثافة والقطر والكفاءة. وأخيرا ، يتم تقييم كل هذه الخصائص وظيفيا من خلال المحاكاة الحسابية باستخدام نموذج من مؤشرات التذبذب المقترنة. بشكل عام ، نصف هنا سير عمل خطوة بخطوة ، تم تنفيذه في IsletLab ، وهو تطبيق متعدد المنصات تم تطويره خصيصا لدراسة ومحاكاة جزر البنكرياس ، لتطبيق منهجية حسابية جديدة لتوصيف وتحليل جزر البنكرياس كمكمل للعمل التجريبي.
المقدمة
ينقسم البنكرياس إلى مناطق يشار إليها باسم الرأس والرقبة والجسم والذيل ، ولكل منها هياكل ووظائف ومواقع تشريحية مختلفة 1,2. من وجهة نظر وظيفية ، يمكن تقسيم البنكرياس إلى أنظمة الغدد الصماء والإفرازات الخارجية مع الأول المسؤول عن إفراز الهرمونات المشاركة بشكل حاسم في تنظيم توازن الجلوكوز ، في حين أن الأخير يساهم في هضم الطعام عن طريق إفراز الإنزيمات في الاثني عشر1. تشكل جزر البنكرياس أنسجة الغدد الصماء في البنكرياس وهي مسؤولة عن إفراز الجلوكاجون والأنسولين والسوماتوستاتين ، التي تفرز من الخلايا β δ ، على التوالي3. بالإضافة إلى آلياتها التنظيمية الجوهرية ، ي....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
ملاحظة: يظهر مخطط تخطيطي للبروتوكول في الشكل 1. يتم إعطاء وصف خطوة بخطوة على النحو التالي (انظر الملف التكميلي 1 للحصول على تفاصيل حول لوحات التحكم المستخدمة في كل خطوة من خطوات البروتوكول).
الشكل 1: مخطط التدفق. مخطط تدفق يصف الترتيب التسلسلي للبروتوكول كما هو مطبق في IsletLab. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
تعتمد إعادة بناء جزر البنكرياس باستخدام المنهجية التي اقترحها فيليكس مارتينيز وآخرون.19 اعتمادا كبيرا على المعلمات المعطاة لخوارزمية التحسين (المحددة في إعدادات إعادة الإعمار). ويظهر مثال على ذلك بصريا في الشكل 3 حيث تظهر الجزر المعاد بناؤها التي تم الحصول عليها باستخدام مجموعات مختلفة من المعلمات. أولا ، في الشكل 3A ، تظهر إعادة بناء شملت 86.6٪ من الخلايا المدرجة في البيانات الأولية (509 من أصل 588 خلية ، درجة الحرارة الأولية = 1 ، عامل .......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
يحدد البروتوكول أعلاه نهجا عمليا لإعادة بناء وتحليل معماريات جزر البنكرياس باستخدام خوارزميات حسابية جديدة. الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تمكين مجتمع أبحاث الجزيرة من اشتقاق مقاييس كمية لتوصيف الخصائص المورفولوجية والاتصالية لمعماريات جزر البنكرياس وتقييم الآثار الوظيفية المحتملة لهذه الخصائص عن طريق المحاكاة الحسابية.
في حين أن الخوارزميات المعتمدة في هذا البروتوكول قد تم وصفها مسبقا بالتفصيل12,19 ، إلا أنه لم يكن هناك تنفيذ .......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
شكر وتقدير
فيليكس مارتينيز يشكر المجلس الوطني للعلوم والتكنولوجيا في المكسيك وقسم الهندسة الكهربائية في الجامعة الحضرية المستقلة (مكسيكو سيتي) على الدعم المقدم لهذا المشروع. نشكر الدكتور دانه تاي هوانغ والدكتور مانامي هارا والدكتور جونغيو جو على عملهم المتميز وكرمهم في مشاركة معماريات الجزر التي جعلت هذا العمل ممكنا مع مجتمع البحوث.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| رسومات NVIDIA القادرة على CUDA | مطلوبة للمحاكاة الوظيفية | ||
| IsletLab | https://github.com/gjfelix/IsletLab (اتبع التعليمات لتنزيل التطبيق وتثبيته.) |
المراجع
- Chen, L., Pan, X., Zhang, Y. H., Huang, T., Cai, Y. D. Analysis of Gene Expression Differences between Different Pancreatic Cells. ACS Omega. 4 (4), 6421-6435 (2019).
- Longnecker, D. S., Gorelick, F., Thompson, E. D., Histology, Anatomy, Histology, and Fine Structure of the Pancreas. The Pancreas. Beger, H. G., Warshaw, A. L., H....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
