Reconstrucción computacional de islotes pancreáticos como herramienta de análisis estructural y funcional

Resumen

En este protocolo, los islotes pancreáticos se reconstruyen y analizan utilizando algoritmos computacionales implementados en una aplicación multiplataforma dedicada.

Resumen

Las propiedades estructurales de los islotes pancreáticos son clave para la respuesta funcional de las células secretoras de insulina, glucagón y somatostatina, debido a sus implicaciones en la comunicación intraisleta a través de la señalización eléctrica, paracrina y autocrina. En este protocolo, la arquitectura tridimensional de un islote pancreático se reconstruye en primer lugar a partir de datos experimentales utilizando un nuevo algoritmo computacional. A continuación, se obtienen las propiedades morfológicas y de conectividad del islote reconstruido, como el número y los porcentajes de los diferentes tipos de células, el volumen celular y los contactos de célula a célula. Luego, la teoría de redes se utiliza para describir las propiedades de conectividad del islote a través de métricas derivadas de la red, como el grado promedio, el coeficiente de agrupamiento, la densidad, el diámetro y la eficiencia. Finalmente, todas estas propiedades se evalúan funcionalmente a través de simulaciones computacionales utilizando un modelo de osciladores acoplados. En general, aquí describimos un flujo de trabajo paso a paso, implementado en IsletLab, una aplicación multiplataforma desarrollada específicamente para el estudio y simulación de islotes pancreáticos, para aplicar una novedosa metodología computacional para caracterizar y analizar islotes pancreáticos como complemento al trabajo experimental.

Introducción

El páncreas se divide en regiones conocidas como cabeza, cuello, cuerpo y cola, cada una con diferentes estructuras, funciones y posición anatómica ^1,2. Desde un punto de vista funcional, el páncreas se puede dividir en sistemas endocrinos y exocrinos, siendo el primero responsable de la secreción de hormonas críticamente involucradas en la regulación de la homeostasis de la glucosa, mientras que el segundo contribuye a la digestión de los alimentos a través de la secreción de enzimas en el duodeno¹. Los islotes pancreáticos constituyen el tejido endocrino del páncreas y son re....

Protocolo

NOTA: En la figura 1 se muestra un diagrama esquemático del protocolo. Una descripción paso a paso es la siguiente (consulte el Archivo complementario 1 para obtener detalles sobre los paneles de control utilizados en cada paso del protocolo).

Figura 1: Diagrama de flujo. Un diagrama de flujo que describe el orden secuencial del protocolo tal como se implementa en IsletLab.

Resultados

La reconstrucción de islotes pancreáticos utilizando la metodología propuesta por Félix-Martínez et ^al.19 depende en gran medida de los parámetros dados al algoritmo de optimización (definidos en los ajustes de reconstrucción). Un ejemplo de esto se muestra visualmente en la Figura 3 donde se muestran los islotes reconstruidos obtenidos utilizando diferentes conjuntos de parámetros. En primer lugar, en la Figura 3A, se muestra una reconst.......

Discusión

El protocolo anterior describe un enfoque práctico para reconstruir y analizar arquitecturas de islotes pancreáticos utilizando nuevos algoritmos computacionales. El objetivo principal de este trabajo es permitir a la comunidad investigadora de islotes derivar métricas cuantitativas para caracterizar las propiedades morfológicas y de conectividad de las arquitecturas de islotes pancreáticos y evaluar las posibles implicaciones funcionales de dichas propiedades a través de simulaciones computacionales.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
		gráfica NVIDIA compatible con CUDA	Necesaria para las simulaciones funcionales
IsletLab			https://github.com/gjfelix/IsletLab (Siga las instrucciones para descargar e instalar la aplicación).