Reconstruction computationnelle des îlots pancréatiques comme outil d’analyse structurelle et fonctionnelle

Ce protocole est important car il décrit une charge de travail de calcul pour reconstruire les architectures d’îlots, analyser leurs propriétés morphologiques et de connectivité, et évaluer leurs implications fonctionnelles via des simulations informatiques. Le principal avantage est qu’il fournit un moyen de mettre en œuvre des algorithmes de calcul haute performance pour compléter les travaux théoriques et expérimentaux dans le domaine de la recherche sur les îlots. Cette méthodologie peut être particulièrement utile pour comparer les propriétés morphologiques et de connectivité d’îlots sains et altérés ou pour comparer les architectures d’îlots de différentes espèces animales.

Pour commencer, vérifiez que les compilateurs GCC et NVCC sont installés. Ouvrez un terminal en exécutant les commandes et suivez les instructions fournies dans le texte si l’une de ces commandes n’est pas reconnue par le système. Ouvrez un terminal et accédez au dossier IsletLab.

Créez un nouvel environnement en exécutant la commande dans le terminal. Activez le nouvel environnement en exécutant la commande. Lancez l’application IsletLab en exécutant la commande dans le terminal.

Pour préparer les données d’entrée, organisez les données d’îlot d’entrée dans un fichier à quatre colonnes dans lequel la première colonne est le type de cellule et les deuxième, troisième et quatrième colonnes sont les coordonnées X, Y et Z des cellules d’entrée, respectivement, en veillant à ce que le fichier d’entrée n’inclue pas d’en-têtes de colonne. Cliquez sur le bouton Charger l’îlot initial et sélectionnez le fichier contenant les données d’entrée pour générer un îlot initial, la représentation tridimensionnelle et les statistiques correspondantes. Pour configurer le processus de reconstruction, cliquez sur le bouton Paramètres de reconstruction et modifiez les paramètres d’optimisation.

Cliquez sur le bouton OK pour enregistrer les valeurs des paramètres. Cliquez sur le bouton Reconstruire l’îlot pour ouvrir la fenêtre Journal de reconstruction. Cliquez sur le bouton Exécuter pour démarrer le processus de reconstruction.

Évaluez les résultats du processus de reconstruction en analysant les statistiques d’optimisation affichées dans l’onglet Îlot final du panneau des statistiques en vous concentrant sur la maximisation du pourcentage de cellules expérimentales incluses dans les îlots reconstruits ou, de manière équivalente, sur la minimisation du nombre de chevauchements. Si le pourcentage de statistiques expérimentales est considéré comme faible en fonction des objectifs de l’utilisateur, cliquez sur le menu Fichier et sélectionnez Redémarrer. Cliquez sur le bouton Charger l’îlot initial et sélectionnez le fichier contenant les données d’entrée pour générer un îlot initial.

Augmentez ensuite la température initiale, le facteur Itérations et le facteur d’acceptation dans les paramètres de reconstruction, puis répétez le processus de reconstruction des îlots décrit précédemment jusqu’à ce que des résultats satisfaisants soient obtenus. Cliquez sur les paramètres de reconstruction et sélectionnez Tolérance de contact pour définir la tolérance de contact de cellule à cellule. Cliquez sur OK pour enregistrer les valeurs des paramètres.

Cliquez sur le bouton Contacts de cellule à cellule pour identifier les cellules en contact étroit. Cliquez sur le bouton Créer un réseau pour générer le réseau d’îlots et calculer la matrice de réseau associée. Basculez vers l’onglet Simulation du panneau de configuration de l’interface.

Sélectionnez le mode de fréquence intrinsèque souhaité, Constant ou Aléatoire. Cliquez sur le bouton Configurer la fréquence intrinsèque pour définir la fréquence de l’oscillateur en hertz. Sélectionnez le mode souhaité de la phase initiale, Constant ou Aléatoire.

Cliquez sur le bouton Configurer les interactions pour définir les paramètres d’interaction de cellule à cellule dans la fenêtre Intensité d’interaction. Configurez la simulation en définissant le temps total de simulation, le pas de temps et le facteur d’enregistrement. Définissez le nombre de blocs, de threads et de capacités de plate-forme de calcul disponibles pour effectuer la simulation.

Cliquez sur le bouton Exécuter la simulation pour ouvrir la fenêtre Journal de simulation. Cliquez sur le bouton Exécuter pour démarrer la simulation et surveiller le processus jusqu’à ce que la légende Veuillez fermer la fenêtre pour continuer s’affiche. Fermez ensuite la fenêtre Journal de simulation pour observer les résultats de la simulation.

Cliquez sur Fichier et sélectionnez Exporter le projet dans la barre de menus. Sélectionnez le répertoire dans lequel le fichier projet sera enregistré et cliquez sur le bouton OK. La reconstruction des îlots à l’aide d’ensembles de paramètres sous-optimaux dans les paramètres de reconstruction a été obtenue, y compris 86,6% des cellules initiales.

L’augmentation de la température initiale, de l’itération et des facteurs d’acceptation a entraîné un pourcentage plus élevé de cellules initiales de 93,37 et 99,15% dans les îlots reconstruits. Les diagrammes de convergence du processus de reconstruction ont été obtenus, démontrant l’évolution des cellules superposées en fonction de la température. L’identification des contacts de cellule à cellule à partir des architectures d’îlots reconstruites dépend de la valeur du paramètre de tolérance de contact.

Seulement 290 contacts de cellule à cellule ont été identifiés pour la valeur d’un micromètre, tandis que pour deux micromètres, le contexte total identifié est passé à 636 et 731, respectivement. Le diagramme de réseau a été obtenu qui fournit une représentation visuelle des contacts de cellule à cellule qui sont connectés ensemble. Les résultats de la simulation ont démontré que les cellules alpha et bêta oscillent complètement déphasées, tandis que les cellules delta oscillent en phase avec les cellules alpha et bêta.

Le comportement oscillatoire de l’îlot était dominé par les oscillations des cellules alpha avec une contribution mineure de l’autre population cellulaire. Le diagramme de l’indice de synchronisation des îlots a été obtenu qui fournit la mesure de la cohérence de phase des oscillations entre les cellules des îlots et de la variation de la synchronicité entre les cellules des îlots au fil du temps. Toutes les mesures dérivées et les simulations fonctionnelles dépendent du processus de reconstruction, il est donc essentiel d’atteindre le pourcentage le plus élevé de cellules initiales dans les îlots reconstruits.

Les îlots reconstruits obtenus à partir de cette procédure peuvent être utilisés pour développer des modèles informatiques plus réalistes des îlots pancréatiques en incluant une description biophysique détaillée des cellules des îlots.