구조 및 기능 분석을위한 도구로서의 췌장섬의 전산 재구성

이 프로토콜은 섬 아키텍처를 재구성하고, 형태 학적 및 연결 특성을 분석하고, 계산 시뮬레이션을 통해 기능적 영향을 평가하기위한 계산 워크로드를 설명하기 때문에 중요합니다. 가장 큰 장점은 췌도 연구 분야의 이론 및 실험 작업을 보완하기 위해 고성능 컴퓨팅 알고리즘을 구현하는 방법을 제공한다는 것입니다. 이 방법론은 건강하고 변경된 섬의 형태 학적 및 연결 특성을 비교하거나 다른 동물 종의 섬 구조를 비교하는 데 특히 유용 할 수 있습니다.

시작하려면 GCC 및 NVCC 컴파일러가 설치되어 있는지 확인하십시오. 명령을 실행하여 터미널을 열고 시스템에서 이러한 명령을 인식하지 못하는 경우 텍스트에 제공된 지침을 따르십시오. 터미널을 열고 IsletLab 폴더로 이동합니다.

터미널에서 명령을 실행하여 새 환경을 만듭니다. 명령을 실행하여 새 환경을 활성화합니다. 터미널에서 명령을 실행하여 IsletLab 응용 프로그램을 시작하십시오.

입력 데이터를 준비하려면 첫 번째 열이 셀 유형이고 두 번째, 세 번째 및 네 번째 열이 각각 입력 셀의 X, Y 및 Z 좌표인 네 번째 열 파일로 입력 섬 데이터를 구성하여 입력 파일에 열 헤더가 포함되지 않도록 합니다. 초기 섬 로드 단추를 클릭하고 입력 데이터가 포함된 파일을 선택하여 초기 섬, 입체 표현 및 해당 통계를 생성합니다. 재구성 프로세스를 구성하려면 재구성 설정 단추를 클릭하고 최적화 매개변수를 수정합니다.

확인 단추를 클릭하여 매개 변수 값을 저장합니다. 섬 재구성 단추를 클릭하여 재구성 로그 창을 엽니다. 실행 단추를 클릭하여 재구성 프로세스를 시작합니다.

재구성된 섬에 포함된 실험 세포의 비율을 최대화하거나 중첩 횟수를 최소화하는 데 초점을 맞춤으로써 통계 패널의 최종 섬 탭에 표시된 최적화 통계를 분석하여 재구성 과정의 결과를 평가합니다. 실험 통계의 백분율이 사용자 목표에 따라 낮은 것으로 간주되면 파일 메뉴를 클릭하고 다시 시작을 선택합니다. 초기 섬 로드 단추를 클릭하고 입력 데이터가 들어 있는 파일을 선택하여 초기 섬을 생성합니다.

그런 다음 재구성 설정에서 초기 온도, 반복 요인 및 수락 계수를 높이고 만족스러운 결과가 얻어질 때까지 이전에 설명한 췌도 재구성 과정을 반복하십시오. 재구성 설정을 클릭하고 접촉 공차를 선택하여 셀 간 접촉 공차를 정의합니다. 확인을 클릭하여 매개변수 값을 저장합니다.

셀 대 셀 접촉 단추를 클릭하여 밀접한 접촉에 있는 셀을 식별합니다. 네트워크 구축 단추를 클릭하여 췌도 네트워크를 생성하고 연결된 네트워크 매트릭스를 계산합니다. 인터페이스의 구성 패널의 시뮬레이션 탭으로 전환합니다.

원하는 고유 주파수 모드(상수 또는 랜덤)를 선택합니다. 고유 주파수 구성 단추를 클릭하여 발진기의 주파수(헤르츠)를 정의합니다. 초기 단계의 원하는 모드(상수 또는 무작위)를 선택합니다.

상호 작용 구성 단추를 클릭하여 상호 작용 강도 창에서 셀-셀 간 상호 작용 매개 변수를 정의합니다. 총 시뮬레이션 시간, 시간 단계 및 저장 계수를 정의하여 시뮬레이션을 구성합니다. 시뮬레이션을 수행하는 데 사용할 수 있는 블록, 스레드 및 컴퓨팅 플랫폼 기능의 수를 정의합니다.

시뮬레이션 실행 단추를 클릭하여 시뮬레이션 로그 창을 엽니다. 실행 버튼을 클릭하여 시뮬레이션을 시작하고 범례가 계속 표시될 창을 닫으십시오. 그런 다음 시뮬레이션 로그 창을 닫아 시뮬레이션 결과를 관찰합니다.

파일을 클릭하고 메뉴 모음에서 프로젝트 내보내기를 선택합니다. 프로젝트 파일을 저장할 디렉토리를 선택하고 확인 버튼을 클릭하십시오. 재구성 설정에서 차선책의 파라미터 세트를 이용한 췌도 재구성은 초기 세포의 86.6%를 포함하여 얻어졌다.

초기 온도, 반복 및 수용 인자를 증가시키면 재구성 된 섬에서 93.37 및 99.15 %로 초기 세포의 비율이 높아졌습니다. 재구성 과정의 수렴 플롯이 얻어졌으며, 온도의 함수로서 중첩 된 세포의 진화를 입증했다. 재구성된 췌도 아키텍처로부터 세포-세포 접촉의 식별은 접촉 공차 파라미터의 값에 의존한다.

한 마이크로미터의 값에 대해 290개의 세포-세포 접촉만이 확인되었고, 두 마이크로미터의 경우, 식별된 총 맥락은 각각 636과 731로 증가하였다. 함께 연결된 세포-세포 접촉의 시각적 표현을 제공하는 네트워크 플롯이 얻어졌다. 시뮬레이션 결과는 알파 및 베타 세포가 완전히 위상 밖으로 진동하는 반면, 델타 세포는 알파 및 베타 세포와 함께 페이즈 아웃페이즈로 진동한다는 것을 입증했습니다.

섬의 진동 거동은 다른 세포 집단의 사소한 기여를 가진 알파 세포의 진동에 의해 지배되었다. 췌도 동기화 지수 플롯을 획득하여 췌도 세포 간의 진동의 위상 일관성과 시간에 따른 췌도 세포 간의 동시성의 변화를 측정한다. 파생된 모든 메트릭과 기능 시뮬레이션은 재구성 프로세스에 의존하므로 재구성된 섬에서 초기 셀의 가장 높은 비율을 달성하는 것이 중요합니다.

이 절차로부터 얻은 재구성된 섬은 췌도 세포에 대한 상세한 생물물리학적 설명을 포함함으로써 췌장섬의 보다 현실적인 계산 모델을 개발하는데 더 사용될 수 있다.