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

Este protocolo es significativo porque describe una carga de trabajo computacional para reconstruir arquitecturas de islotes, analizar sus propiedades morfológicas y de conectividad, y evaluar sus implicaciones funcionales a través de simulaciones computacionales. La principal ventaja es que proporciona una forma de implementar algoritmos informáticos de alto rendimiento para complementar el trabajo teórico y experimental en el campo de la investigación de islotes. Esta metodología puede ser particularmente útil para comparar las propiedades morfológicas y de conectividad de islotes sanos y alterados o para comparar arquitecturas de islotes de diferentes especies animales.

Para comenzar, compruebe que los compiladores GCC y NVCC están instalados. Abra un terminal ejecutando los comandos y siga las instrucciones proporcionadas en el texto si alguno de estos comandos no es reconocido por el sistema. Abra un terminal y vaya a la carpeta IsletLab.

Cree un nuevo entorno ejecutando el comando en el terminal. Active el nuevo entorno ejecutando el comando. Inicie la aplicación IsletLab ejecutando el comando en el terminal.

Para preparar los datos de entrada, organice los datos del islote de entrada en un archivo de cuatro columnas en el que la primera columna sea el tipo de celda y las columnas segunda, tercera y cuarta sean las coordenadas X, Y y Z de las celdas de entrada, respectivamente, asegurándose de que el archivo de entrada no incluya encabezados de columna. Haga clic en el botón Cargar islote inicial y seleccione el archivo que contiene los datos de entrada para generar un islote inicial, la representación tridimensional y las estadísticas correspondientes. Para configurar el proceso de reconstrucción, haga clic en el botón Configuración de reconstrucción y modifique los parámetros de optimización.

Haga clic en el botón Aceptar para guardar los valores de los parámetros. Haga clic en el botón Reconstruir islote para abrir la ventana Registro de reconstrucción. Haga clic en el botón Ejecutar para iniciar el proceso de reconstrucción.

Evalúe los resultados del proceso de reconstrucción analizando las estadísticas de optimización mostradas en la pestaña Islote final del panel de estadísticas centrándose en maximizar el porcentaje de células experimentales incluidas en los islotes reconstruidos o, equivalentemente, en minimizar el número de superposiciones. Si el porcentaje de estadísticas experimentales se considera bajo según los objetivos del usuario, haga clic en el menú Archivo y seleccione Reiniciar. Haga clic en el botón Cargar islote inicial y seleccione el archivo que contiene los datos de entrada para generar un islote inicial.

Luego aumente la temperatura inicial, el factor de iteraciones y el factor de aceptación en la configuración de reconstrucción, y repita el proceso de reconstrucción de islotes descrito anteriormente hasta que se obtengan resultados satisfactorios. Haga clic en la configuración de reconstrucción y seleccione Tolerancia de contacto para definir la tolerancia de contacto de celda a celda. Haga clic en Aceptar para guardar los valores de los parámetros.

Haga clic en el botón Contactos de celda a celda para identificar las celdas en contacto cercano. Haga clic en el botón Generar red para generar la red de islotes y calcular la matriz de red asociada. Cambie a la ficha Simulación del panel de configuración de la interfaz.

Seleccione el modo deseado de frecuencia intrínseca, Constante o Aleatorio. Haga clic en el botón Configurar frecuencia intrínseca para definir la frecuencia del oscilador en hercios. Seleccione el modo deseado de la fase inicial, Constante o Aleatorio.

Haga clic en el botón Configurar interacciones para definir los parámetros de interacción de celda a celda en la ventana Intensidad de interacción. Configure la simulación definiendo el tiempo total de simulación, el paso de tiempo y el factor de ahorro. Defina el número de bloques, subprocesos y capacidad de plataforma informática disponibles para realizar la simulación.

Haga clic en el botón Ejecutar simulación para abrir la ventana Registro de simulación. Haga clic en el botón Ejecutar para iniciar la simulación y supervisar el proceso hasta que se muestre la leyenda Cierre la ventana para continuar. A continuación, cierre la ventana Registro de simulación para observar los resultados de la simulación.

Haga clic en Archivo y seleccione Exportar proyecto en la barra de menús. Seleccione el directorio en el que se guardará el archivo de proyecto y haga clic en el botón Aceptar. Se obtuvo la reconstrucción de islotes utilizando conjuntos de parámetros subóptimos en los ajustes de reconstrucción, incluyendo el 86,6% de las células iniciales.

El aumento de la temperatura inicial, la iteración y los factores de aceptación dio como resultado un mayor porcentaje de células iniciales como 93.37 y 99.15% en los islotes reconstruidos. Se obtuvieron las gráficas de convergencia del proceso de reconstrucción, demostrando la evolución de las células superpuestas en función de la temperatura. La identificación de los contactos de celda a celda a partir de las arquitecturas de islotes reconstruidas depende del valor del parámetro de tolerancia de contacto.

Solo se identificaron 290 contactos de célula a célula para el valor de un micrómetro, mientras que para dos micrómetros, el contexto total identificado aumentó a 636 y 731, respectivamente. Se obtuvo la gráfica de red que proporciona una representación visual de los contactos de celda a celda que están conectados entre sí. Los resultados de la simulación demostraron que las células alfa y beta oscilan completamente fuera de fase, mientras que las células delta oscilan fuera de fase con las células alfa y beta.

El comportamiento oscilatorio del islote estuvo dominado por las oscilaciones de las células alfa con una contribución menor de la otra población celular. Se obtuvo la gráfica del índice de sincronización de islotes que proporciona la medida de la coherencia de fase de las oscilaciones entre las células de los islotes y la variación de la sincronicidad entre las células de los islotes a lo largo del tiempo. Todas las métricas derivadas y las simulaciones funcionales dependen del proceso de reconstrucción, por lo que es clave lograr el mayor porcentaje de células iniciales en los islotes reconstruidos.

Los islotes reconstruidos obtenidos de este procedimiento se pueden utilizar para desarrollar modelos computacionales más realistas de islotes pancreáticos al incluir una descripción biofísica detallada de las células de los islotes.