مقالة منهجية

إعادة البناء الحسابي لجزر البنكرياس كأداة للتحليل الهيكلي والوظيفي

DOI:

10.3791/63351

⸱

مارس 9, 2022

 ,  , 
1Department of Electrical Engineering, Universidad Autónoma Metropolitana

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذا البروتوكول ، يتم إعادة بناء جزر البنكرياس وتحليلها باستخدام خوارزميات حسابية يتم تنفيذها في تطبيق مخصص متعدد المنصات.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 ، يتم تنظيم هذه الخلايا عن طريق الاتصال الكهربائي المباشر (بين الخلايا β والخلايا β المحتملة δ) ، وكذلك عن طريق إشارات paracrine و autocrine 4,5,6. تعتمد كلتا الآليتين اعتمادا كبيرا على بنية الجزيرة (أي تكوين وتنظيم الأنواع المختلفة من الخلايا داخل الجزيرة)7,8. الأهم من ذلك ، يتم تغيير بنية الجزيرة في وجود مرض السكري ، على الأرجح إزعاج التواصل داخل الجزيرة نتيجةلذلك 9,10.

تتضمن دراسة جزر البنكرياس مجموعة واسعة من المنهجيات التجريبية. من بين هذه ، سمح استخدام تقنيات التألق لتحديد عدد وموقع ونوع الخلايا المختلفة في الجزيرة بدراسة الخصائص الهيكلية والمورفولوجية لجزر البنكرياس 11،12،13 واكتساب فهم أفضل للآثار الوظيفية في الصحة والمرض. كمكمل ، تم استخدام النماذج الحسابية لخلايا البنكرياس 14،15،16 ، ومؤخرا ، جزر البنكرياس 12،17،18،19 في العقود الأخيرة لتقييم الجوانب التي يصعب أو حتى من المستحيل معالجتها تجريبيا.

في هذا البروتوكول ، نهدف إلى سد الفجوة بين العمل التجريبي والحسابي من خلال تحديد منهجية لإعادة بناء معماريات الجزر ، وتحليل خصائصها المورفولوجية والاتصالية من خلال المقاييس الكمية ، وإجراء عمليات محاكاة أساسية لتقييم الآثار الوظيفية لخصائص الجزر.

يعتمد البروتوكول الموضح أدناه على خوارزميات حسابية مصممة خصيصا لدراسة جزر البنكرياس. باختصار ، في الخطوة الأولى من البروتوكول ، يتم إعادة بناء بنية الجزيرة من البيانات التجريبية باستخدام الخوارزمية التي اقترحها مؤخرا فيليكس مارتينيز وآخرون.19 حيث يتم الحصول على المواقع النووية من خلال تلطيخ 4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) والأنواع الخلوية التي تم تحديدها من خلال التألق المناعي (كما هو موضح بالتفصيل من قبل Hoang et al.11,12 ) في إجراء التحسين التكراري. هذا يؤدي إلى تحديد الحجم والموضع الأمثل لكل خلية والحصول على جزيرة تتكون من خلايا غير متداخلة. ثانيا ، استنادا إلى البنية المعاد بناؤها ، يتم تحديد جهات الاتصال من خلية إلى خلية لتحديد خصائص الاتصال وإنشاء شبكة الجزر المقابلة التي تسمح للمستخدم بالحصول على مقاييس كمية لمزيد من الوصف لبنية الجزيرة (يمكن الرجوع إلى تفاصيل حول خوارزمية إعادة الإعمار في العمل الأصلي حول الموضوع19). وأخيرا، يتم إجراء المحاكاة الوظيفية الأساسية باستخدام نهج النمذجة الذي اقترحه هوانغ وآخرون.12 والذي يتم فيه التعامل مع كل خلية على أنها مذبذب استنادا إلى الطبيعة النابضة لإفراز الهرمونات التي لوحظت تجريبيا20,21، وبالتالي يتم تمثيل الجزيرة كشبكة من مؤشرات التذبذب المقترنة بعد خصائص الاتصال للجزيرة المعاد بناؤها.

نظرا للتعقيد الحسابي للخوارزميات المستخدمة في هذا البروتوكول ، تم تنفيذ جميع الخطوات المعنية في تطبيق مستقل22 بهدف رئيسي هو الاقتراب من هذه الأدوات الحسابية لجميع القراء المهتمين بغض النظر عن مستوى خبرتهم في استخدام البرامج المتخصصة أو لغات البرمجة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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).

figure-protocol-1
الشكل 1: مخطط التدفق. مخطط تدفق يصف الترتيب التسلسلي للبروتوكول كما هو مطبق في IsletLab. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

1. تثبيت IsletLab في لينكس

ملاحظة: اتبع الإرشادات الواردة في القسمين 2 و3 من الملف التكميلي 2 لتثبيت IsletLab في Windows أو macOS.

  1. افتح متصفح إنترنت وانتقل إلى https://github.com/gjfelix/IsletLab. قم بتنزيل ملفات مستودع IsletLab واستخراجها.
    ملاحظة: يتضمن الملف التكميلي 3 نسخة من إصدار IsletLab المستخدم في هذا البروتوكول.
  2. تحقق من تثبيت برامج التحويل البرمجي لدول مجلس التعاون الخليجي و nvcc. افتح محطة طرفية واكتب الأوامر التالية:
    دول مجلس التعاون الخليجي --الإصدار
    nvcc --الإصدار
    اتبع الإرشادات الواردة في القسم 1 من الملف التكميلي 2 إذا لم يتم التعرف على أي من هذه الأوامر من قبل النظام.
  3. قم بتنزيل وتثبيت منصة علوم البيانات (انظر جدول المواد). افتح محطة طرفية وانتقل إلى مجلد IsletLab.
  4. إنشاء بيئة جديدة عن طريق كتابة الأمر التالي في المحطة الطرفية:
    conda env create -f isletlabgui_v1.0.yml
  5. قم بتنشيط البيئة الجديدة عن طريق كتابة:
    كوندا تنشيط isletlab_v1.0
  6. قم بتشغيل تطبيق IsletLab عن طريق كتابة الأمر التالي في المحطة الطرفية (انظر الشكل 2 للحصول على وصف للنافذة الرئيسية):
    الثعبان isletlabgui_v1.0.py

figure-protocol-2
الشكل 2: واجهة مستخدم IsletLab. تتكون الواجهة من ثلاث لوحات رئيسية: التكوين (1) ، والإحصاءات (2) ، والرسومات (3) لوحات. يوجد شريط أدوات الرسومات (4) في أسفل لوحة الرسومات. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. إعادة بناء الجزيرة

  1. إعداد بيانات الإدخال. قم بتنظيم بيانات جزيرة الإدخال (أي أنواع الخلايا وإحداثيات ثلاثية الأبعاد (3D) ) في ملف مكون من أربعة أعمدة يحتوي فيه العمود 1 على نوع الخلية (مشفرة على أنها 11: ɑ-cell و 12: β-cell و 13: δ-cell) وتحتوي الأعمدة من 2 إلى 4 على إحداثيات x و y و z ، على التوالي (انظر مقتطفا من ملف إدخال في القسم 5 من الملف التكميلي 2 أو ملف اختبار الإدخال المضمن في مستودع IsletLab).
  2. تأكد من أن ملف الإدخال لا يتضمن رؤوس الأعمدة. استخدم مثال ملف الإدخال المضمن في مستودع IsletLab لاتباع البروتوكول إذا لزم الأمر (Input_Islet_test.txt).
    ملاحظة: تم الحصول على بيانات الإدخال المستخدمة لتطوير الخوارزميات المنفذة في IsletLab تجريبيا كما هو موضح بالتفصيل من قبل Hoang et al.11,12 باستخدام تلطيخ DAPI لتحديد المواقع النووية والتألق المناعي لتحديد الأنواع الخلوية.
  3. انقر فوق الزر تحميل جزيرة أولية وحدد الملف الذي يحتوي على بيانات الإدخال لإنشاء جزيرة أولية وتمثيل 3D والإحصاءات المقابلة. في حالة حدوث خطأ ، سيتم عرض الرسالة التالية: "خطأ في تحميل ملف islet". لتصحيح ذلك، كرر الخطوة 2.1.
  4. تكوين عملية إعادة الإعمار. انقر فوق الزر إعدادات إعادة الإعمار وقم بتعديل معلمات التحسين (راجع القسمين 4 و 5 من الملف التكميلي 2 للحصول على وصف موجز للخوارزمية والمعلمات الموضحة في نافذة إعدادات إعادة التعمير).
  5. اضبط درجة الحرارة الأولية = 1 ، وعامل التكرار = 1 ، وعامل القبول = 1. انقر فوق الزر موافق ( OK ) لحفظ قيم المعلمات.
    ملاحظة: كقاعدة عامة، فإن الزيادة في معلمة درجة الحرارة، وكذلك في عوامل التكرار والقبول، ستسفر عن نتائج إعادة بناء أفضل من حيث الخلايا التجريبية المدرجة في الجزيرة المعاد بناؤها على حساب زيادة في وقت الحوسبة.
  6. انقر فوق الزر إعادة بناء جزيرة لفتح نافذة سجل إعادة الإعمار (انظر القسم 6 من الملف التكميلي 2 للحصول على وصف للمعلومات المقدمة في سجل إعادة الإعمار).
  7. انقر فوق الزر تشغيل لبدء عملية إعادة الإعمار. راقب عملية التحسين حتى يتم عرض الرسالة: "يرجى إغلاق هذه النافذة للمتابعة". أغلق نافذة سجل إعادة الإعمار لإنشاء التمثيل المرئي للجزيرة المعاد بناؤها ولحساب الإحصاءات ذات الصلة (انظر العمود الأيسر في الشكل 3A-C).
  8. تقييم نتائج عملية إعادة الإعمار من خلال تحليل إحصاءات التحسين الموضحة في علامة التبويب الأخيرة في لوحة الإحصاءات. على وجه الخصوص ، ركز على زيادة النسبة المئوية للخلايا التجريبية المدرجة في الجزر المعاد بناؤها (٪ من التجريبية) أو ما يعادلها ، على تقليل عدد التداخلات (كما هو موضح بيانيا في مخطط التقارب ، العمود الأيمن في الشكل 3A-C).
  9. إذا اعتبرت النسبة المئوية للإحصاء التجريبي منخفضة وفقا لأهداف المستخدم ، فأعد تشغيل IsletLab كما هو موضح في الخطوة 9.1 ، وقم بزيادة درجة الحرارة الأولية وعامل التكرار وعامل القبول في إعدادات إعادة الإعمار وكرر الخطوات 2.1-2.4 حتى يتم الحصول على نتائج مرضية (> 95٪ من الخلايا التجريبية). انظر الأقسام 5-7 من الملف التكميلي 2 للحصول على مزيد من الوصف لعملية إعادة الإعمار والنتائج ذات الصلة.

3. تحديد جهات الاتصال من خلية إلى خلية

  1. انقر فوق الزر إعدادات إعادة البناء وقم بتعيين معلمة تفاوت جهات الاتصال لتحديد تفاوت جهات الاتصال من خلية إلى خلية وانقر فوق موافق لحفظ قيم المعلمات.
    ملاحظة: تمثل معلمة تفاوت الاتصال المسافة القصوى بين الخلايا لكي يتم اعتبارها على أنها على اتصال.
  2. انقر فوق الزر جهات اتصال من خلية إلى خلية لتحديد الخلايا الموجودة على اتصال وثيق. في علامة التبويب جهات الاتصال، تحقق من وجود خلايا ملامسة معروضة بيانيا (خطوط سوداء) في لوحة الرسومات والإحصاءات المقابلة (أي جهات الاتصال الإجمالية والمتجانسة وغير المتجانسة وجهات الاتصال ɑ-ɑ و β-β δ-δ و ɑ-β و ɑ-δ β-δ) الموضحة في لوحة الإحصاءات (انظر العمود الأيسر من الشكل 4A-C).
  3. زيادة (تقليل) معلمة التسامح مع جهات الاتصال لزيادة (تقليل) عدد جهات الاتصال من خلية إلى أخرى. راجع القسم 8 من الملف التكميلي 2 للحصول على تفاصيل حول تحديد جهات الاتصال من خلية إلى خلية والنتائج المرتبطة بها.

4. بناء شبكة الجزر

  1. انقر فوق الزر إنشاء شبكة لإنشاء شبكة الجزيرة وحساب مقاييس الشبكة المرتبطة بها (انظر العمود الأيمن في الشكل 4A-C).
    ملاحظة: يرد وصف إضافي للنتائج المتعلقة بشبكة الجزر التي تم إنشاؤها في القسم 9 من الملف التكميلي 2.

5. محاكاة وظيفية للجزيرة المعاد بناؤها

  1. قم بالتبديل إلى علامة تبويب المحاكاة في لوحة التكوين الخاصة بالواجهة (الشكل 5).
  2. حدد الوضع المطلوب للتردد الجوهري - ثابت أو عشوائي - وانقر فوق الزر تكوين التردد الجوهري لتحديد تردد مؤشرات التذبذب (بالهرتز). إذا تم اختيار تردد جوهري عشوائي، فحدد المتوسط والانحراف (بالهرتز) لتوليد ترددات عشوائية موزعة بشكل طبيعي (انظر القسم 11 من الملف التكميلي 2 للحصول على وصف لمعلمات المحاكاة).
  3. حدد الوضع المطلوب للمرحلة الأولية - ثابت أو عشوائي. إذا تم تحديد مرحلة أولية ثابتة، فانقر فوق الزر تكوين المرحلة الأولية لتحديد طور مؤشرات التذبذب (بالراديان). إذا تم تحديد مرحلة أولية عشوائية ، فسيقوم النظام بتعيين مراحل عشوائية بين 0 و 2π لجميع مؤشرات التذبذب.
    ملاحظة: إذا تم تحديد مرحلة أولية ثابتة، تهيئة جميع مؤشرات التذبذب في المرحلة.
  4. انقر فوق الزر تكوين التفاعلات لتحديد معلمات التفاعل من خلية إلى خلية في نافذة قوة التفاعل. للحصول على وصف لمعلمات التفاعل، راجع القسم 11 من الملف التكميلي 2.
  5. قم بتكوين المحاكاة عن طريق تحديد إجمالي وقت المحاكاة (ب s) والخطوة الزمنية (ب s) وعامل الحفظ (عدد الخطوات بين نقاط البيانات المحفوظة). في المحاكاة الموضحة في الشكل 5 ، كان الوقت الإجمالي 20000 ثانية ، مع خطوة زمنية قدرها 0.1 ثانية وعامل توفير قدره 500.
  6. حدد عدد الكتل ومؤشرات الترابط وقدرة النظام الأساسي للحوسبة المتاحة لإجراء المحاكاة. حدد هذه المعلمات وفقا للخصائص المحددة لوحدة معالجة الرسومات (GPU) المتوفرة.
    ملاحظة: في المثال الموضح في الشكل 5، تم استخدام 36 كتلة و64 خيطا لكل كتلة (2304 نواة منصة حوسبة) منذ استخدام وحدة معالجة رسومات تحتوي على 36 معالجا متعدد المعالجات و64 نواة منصة حوسبة لكل معالجات متعددة. كانت قيمة معلمة قدرة منصة الحوسبة المستخدمة 75 لأن قدرة منصة حوسبة الأجهزة كانت 7.5 (انظر القسم 10 من الملف التكميلي 2 للحصول على تفاصيل حول هذه المعلمات).
  7. انقر فوق الزر تشغيل محاكاة لفتح نافذة سجل المحاكاة. انقر فوق الزر تشغيل لبدء المحاكاة ومراقبة العملية حتى يتم عرض وسيلة الإيضاح: "يرجى إغلاق النافذة للمتابعة". راجع القسم 12 من الملف التكميلي 2 للحصول على تفاصيل حول سجل المحاكاة.
  8. أغلق نافذة سجل المحاكاة لمراقبة نتائج المحاكاة (انظر الشكل 5). وترد تفاصيل نتائج المحاكاة في القسم 13 من الملف التكميلي 2.

6. حفظ المشروع (اختياري)

  1. انقر فوق ملف > تصدير المشروع في شريط القوائم. حدد الدليل الذي سيتم حفظ ملف المشروع فيه وانقر فوق الزر موافق ( OK ) .
    ملاحظة: يتم تحديد اسم ملف المشروع تلقائيا استنادا إلى اسم ملف البيانات الأولي. إذا لم يتم حفظ المشروع ، حذف جميع النتائج والملفات ذات الصلة تلقائيا.
  2. قم بتحميل مشروع تم تصديره بالنقر فوق ملف > تحميل المشروع.

7. حفظ الأرقام (اختياري)

  1. انقر فوق أيقونة حفظ المؤامرة الموجودة في شريط أدوات الرسم لحفظ المرئيات الحالية في ملف صورة. كرر هذه الخطوة لكافة الأرقام التي تم إنشاؤها عبر البروتوكول.
    ملاحظة: يمكن تعديل مخططات الأراضي وتصورات الجزر باستخدام الرموز المتوفرة في شريط أدوات الرسم في لوحة الرسومات.

8. تحميل المشروع (اختياري)

  1. انقر فوق ملف > تحميل المشروع في القائمة الرئيسية وحدد ملف مشروع تم حفظه مسبقا كما هو موضح في الخطوات 6.1-6.2.
    ملاحظة: لن يتم تحميل مشروع بشكل صحيح إذا تم تعديل ملف المشروع خارجيا. إذا تم تحميل مشروع بنجاح، فلن تتوفر سوى قدرات المحاكاة.

9. إعادة تشغيل عملية إعادة الإعمار والتحليل (اختياري)

  1. في أي وقت يمكن للمستخدم تحديد ملف > إعادة التشغيل لتجاهل جميع النتائج وبدء إعادة بناء وتحليل جديدين.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
رسومات NVIDIA القادرة على CUDAمطلوبة للمحاكاة الوظيفية
IsletLabhttps://github.com/gjfelix/IsletLab (اتبع التعليمات لتنزيل التطبيق وتثبيته.)
بطاقة

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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., Hruban, R. H., Buchler, M. W., Lerch, M. M., Neoptolemos, J. P., Shimosegawa, T., Whitcomb, D. C., GroB, C. , Wiley Online Library. (2018).
  3. Liao, E. P., Brass, B., Abelev, Z., Poretsky, L. Endocrine Pancreas. Principles of Diabetes Mellitus. Poretsky, L. , Springer. Cham. (2017).
  4. Noguchi, G. M., Huising, M. O. Integrating the inputs that shape pancreatic islet hormone release. Nature Metabolism. 1, 1189-1201 (2019).
  5. Pérez-Armendariz, E. M. Connexin 36, a key element in pancreatic beta cell function. Neuropharmacology. 75, 557-566 (2013).
  6. Briant, L., et al. δ-cells and β-cells are electrically coupled and regulate α-cell activity via somatostatin. The Journal of Physiology. 596 (2), 197-215 (2018).
  7. Arrojoe Drigo, R., et al. New insights into the architecture of the islet of Langerhans: a focused cross-species assessment. Diabetologia. 58 (10), 2218-2228 (2015).
  8. Cabrera, O., et al. The unique cytoarchitecture of human pancreatic islets has implications for islet cell function. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (7), 2334-2339 (2006).
  9. Folli, F., et al. Pancreatic islet of Langerhans' cytoarchitecture and ultrastructure in normal glucose tolerance and in type 2 diabetes mellitus. Diabetes, Obesity & Metabolism. 20, Suppl 2 137-144 (2018).
  10. Kilimnik, G., et al. Altered islet composition and disproportionate loss of large islets in patients with type 2 diabetes. PloS One. 6 (11), 27445(2011).
  11. Hoang, D. T., et al. A Conserved Rule for Pancreatic Islet Organization. PloS One. 9 (10), 110384(2014).
  12. Hoang, D. T., Hara, M., Jo, J. Design Principles of Pancreatic Islets: Glucose-Dependent Coordination of Hormone Pulses. PloS One. 11 (4), 0152446(2016).
  13. Brissova, M., et al. Assessment of human pancreatic islet architecture and composition by laser scanning confocal microscopy. The Journal of Histochemistry and Cytochemistry: Official Journal of the Histochemistry Society. 53 (9), 1087-1097 (2005).
  14. Félix-Martinez, G. J., Godínez-Fernández, J. R. Mathematical models of electrical activity of the pancreatic β-cell: a physiological review. Islets. 6 (3), 949195(2014).
  15. Félix-Martínez, G. J., González-Vélez, V., Godínez-Fernández, J. R., Gil, A. Electrophysiological models of the human pancreatic δ-cell: From single channels to the firing of action potentials. International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering. 36 (2), 3296(2020).
  16. Watts, M., Sherman, A. Modeling the pancreatic α-cell: dual mechanisms of glucose suppression of glucagon secretion. Biophysical Journal. 106 (3), 741-751 (2014).
  17. Lei, C. L., et al. Beta-cell hubs maintain Ca2+ oscillations in human and mouse islet simulations. Islets. 10 (4), 151-167 (2018).
  18. Watts, M., Ha, J., Kimchi, O., Sherman, A. Paracrine regulation of glucagon secretion: the β/α/δ model. American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism. 310 (8), 597-611 (2016).
  19. Félix-Martínez, G. J., Mata, A., Godínez-Fernández, J. R. Reconstructing human pancreatic islet architectures using computational optimization. Islets. 12 (6), 121-133 (2020).
  20. Hellman, B., Salehi, A., Gylfe, E., Dansk, H., Grapengiesser, E. Glucose generates coincident insulin and somatostatin pulses and antisynchronous glucagon pulses from human pancreatic islets. Endocrinology. 150 (12), 5334-5340 (2009).
  21. Hellman, B., Salehi, A., Grapengiesser, E., Gylfe, E. Isolated mouse islets respond to glucose with an initial peak of glucagon release followed by pulses of insulin and somatostatin in antisynchrony with glucagon. Biochemical and Biophysical Research Communications. 417 (4), 1219-1223 (2012).
  22. Félix-Martínez, G. J. IsletLab: an application to reconstruct and analyze islet architectures. Islets. 14 (1), 36-39 (2022).
  23. Félix-Martínez, G. J., Godínez-Fernández, J. R. Comparative analysis of reconstructed architectures from mice and human islets. Islets. 14 (1), 23-35 (2022).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Islet ReconstructionComputational SimulationNetwork TheoryCell To Cell ContactsMorphological AnalysisCoupled OscillatorsIsletLab ApplicationStructural Properties

مقالات ذات صلة