In questo protocollo, le isole pancreatiche vengono ricostruite e analizzate utilizzando algoritmi computazionali implementati in un'applicazione multipiattaforma dedicata.
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Articolo metodologico
Ricostruzione computazionale delle isole pancreatiche come strumento per l'analisi strutturale e funzionale
In questo articolo
Sommario
Abstract
Le proprietà strutturali delle isole pancreatiche sono fondamentali per la risposta funzionale delle cellule secernenti insulina, glucagone e somatostatina, a causa delle loro implicazioni nella comunicazione intraisletale tramite segnalazione elettrica, paracrina e autocrina. In questo protocollo, l'architettura tridimensionale di un'isolotto pancreatica viene prima ricostruita da dati sperimentali utilizzando un nuovo algoritmo computazionale. Successivamente, si ottengono le proprietà morfologiche e di connettività dell'isolotto ricostruito, come il numero e le percentuali del diverso tipo di cellule, il volume cellulare e i contatti da cellula a cellula. Quindi, la teoria della rete viene utilizzata per descrivere le proprietà di connettività dell'isolotto attraverso metriche derivate dalla rete come grado medio, coefficiente di clustering, densità, diametro ed efficienza. Infine, tutte queste proprietà sono valutate funzionalmente attraverso simulazioni computazionali utilizzando un modello di oscillatori accoppiati. Nel complesso, qui descriviamo un flusso di lavoro passo-passo, implementato in IsletLab, un'applicazione multipiattaforma sviluppata appositamente per lo studio e la simulazione di isole pancreatiche, per applicare una nuova metodologia computazionale per caratterizzare e analizzare le isole pancreatiche come complemento al lavoro sperimentale.
Introduzione
Il pancreas è diviso in regioni denominate testa, collo, corpo e coda, ognuna con diverse strutture, funzioni e posizione anatomica 1,2. Da un punto di vista funzionale, il pancreas può essere suddiviso in sistemi endocrino ed esocrino con il primo responsabile della secrezione di ormoni criticamente coinvolti nella regolazione dell'omeostasi del glucosio, mentre il secondo contribuisce alla digestione degli alimenti attraverso la secrezione di enzimi nel duodeno1. Le isole pancreatiche costituiscono il tessuto endocrino del pancreas e sono responsabili della secrezione di gluc....
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Protocollo
NOTA: un diagramma schematico del protocollo è illustrato nella Figura 1. Una descrizione dettagliata è la seguente (vedere Il file supplementare 1 per i dettagli sui pannelli di controllo utilizzati in ogni fase del protocollo).
Figura 1: Diagramma di flusso. Diagramma di flusso che descrive l'ordine sequenziale del protocollo implementato in IsletLab.
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Risultati
La ricostruzione delle isole pancreatiche utilizzando la metodologia proposta da Félix-Martínez et al.19 dipende fortemente dai parametri dati all'algoritmo di ottimizzazione (definito nelle impostazioni di ricostruzione). Un esempio di questo è mostrato visivamente nella Figura 3 dove vengono mostrati gli isolotti ricostruiti ottenuti utilizzando diversi insiemi di parametri. In primo luogo, nella Figura 3A, viene mostrata una ricostruzi.......
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Discussione
Il protocollo di cui sopra delinea un approccio pratico per ricostruire e analizzare le architetture delle isole pancreatiche utilizzando nuovi algoritmi computazionali. L'obiettivo principale di questo lavoro è quello di consentire alla comunità di ricerca sulle isole di ricavare metriche quantitative per caratterizzare le proprietà morfologiche e di connettività delle architetture delle isole pancreatiche e per valutare le possibili implicazioni funzionali di tali proprietà attraverso simulazioni computazional.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
G.J. Félix-Martínez ringrazia CONACYT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, México) e il Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'Universidad Autónoma Metropolitana (Città del Messico) per il sostegno dato a questo progetto. Ringraziamo il Dr. Danh-Tai Hoang, il Dr. Manami Hara e il Dr. Junghyo Jo per il loro eccezionale lavoro e la generosità nel condividere le architetture degli isolotti che hanno reso possibile questo lavoro con la comunità di ricerca.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| grafica NVIDIA compatibile con CUDA | Necessaria per le simulazioni funzionali | ||
| IsletLab | https://github.com/gjfelix/IsletLab (Seguire le istruzioni per scaricare e installare l'applicazione.) |
Riferimenti
- 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....
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Ristampe e permessi
