Reconstrução computacional de ilhotas pancreáticas como ferramenta de análise estrutural e funcional

Resumo

Neste protocolo, as ilhotas pancreáticas são reconstruídas e analisadas usando algoritmos computacionais implementados em uma aplicação multiplataforma dedicada.

Resumo

As propriedades estruturais das ilhotas pancreáticas são fundamentais para a resposta funcional das células secretantes de insulina, glucagon e somatostatina, devido às suas implicações na comunicação intraisleta via sinalização elétrica, paracrina e autocririna. Neste protocolo, a arquitetura tridimensional de uma ilhota pancreática é primeiro reconstruída a partir de dados experimentais usando um novo algoritmo computacional. Em seguida, são obtidas as propriedades morfológicas e de conectividade da ilhota reconstruída, como o número e percentuais dos diferentes tipos de células, volume celular e contatos célula-célula. Em seguida, a teoria da rede é usada para descrever as propriedades de conectividade da ilhota através de métricas derivadas da rede, como grau médio, coeficiente de cluster, densidade, diâmetro e eficiência. Finalmente, todas essas propriedades são avaliadas funcionalmente através de simulações computacionais usando um modelo de osciladores acoplados. No geral, descrevemos aqui um fluxo de trabalho passo a passo, implementado no IsletLab, um aplicativo multiplataforma desenvolvido especificamente para o estudo e simulação de ilhotas pancreáticas, para aplicar uma nova metodologia computacional para caracterizar e analisar ilhotas pancreáticas como um complemento ao trabalho experimental.

Introdução

O pâncreas é dividido em regiões referidas como cabeça, pescoço, corpo e cauda, cada uma com estruturas, funções e posição anatômica^{diferentes 1,2}. Do ponto de vista funcional, o pâncreas pode ser dividido em sistemas endócrinos e exócrinos com o primeiro responsável pela secreção de hormônios criticamente envolvidos na regulação da homeostase glicemia, enquanto este último contribui para a digestão alimentar através da secreção de enzimas no duodeno¹. As ilhotas pancreáticas constituem o tecido endócrino do pâncreas e são responsáveis pela secreção de glucagon, insulina e soma....

Protocolo

NOTA: Um diagrama esquemático do protocolo é mostrado na Figura 1. Uma descrição passo a passo é dada da seguinte forma (consulte o Arquivo Suplementar 1 para obter detalhes sobre os painéis de controle usados em cada etapa do protocolo).

Figura 1: Diagrama de fluxo. Um diagrama de fluxo descrevendo a ordem sequencial do protocolo conforme implementado no IsletLab.

Resultados

A reconstrução das ilhotas pancreáticas utilizando a metodologia proposta por Félix-Martínez et ^al.19 é altamente dependente dos parâmetros dados ao algoritmo de otimização (definido nos cenários de reconstrução). Um exemplo disso é mostrado visualmente na Figura 3, onde ilhotas reconstruídas obtidas usando diferentes conjuntos de parâmetros são mostradas. Primeiro, na Figura 3A, uma reconstrução que incluiu 86,6% das células incluídas no.......

Discussão

O protocolo acima descreve uma abordagem prática para reconstruir e analisar arquiteturas de ilhotas pancreáticas usando novos algoritmos computacionais. O principal objetivo deste trabalho é permitir que a comunidade de pesquisa de ilhotas obtenha métricas quantitativas para caracterizar as propriedades morfológicas e conectividade das arquiteturas de ilhotas pancreáticas e avaliar as possíveis implicações funcionais dessas propriedades através de simulações computacionais.

Embora os.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
		gráfica NVIDIA compatível com CUDA	Necessária para as simulações funcionais
IsletLab			https://github.com/gjfelix/IsletLab (Siga as instruções para baixar e instalar o aplicativo.)

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