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

Este protocolo é significativo porque descreve uma carga de trabalho computacional para reconstruir arquiteturas de ilhotas, analisar suas propriedades morfológicas e de conectividade e avaliar suas implicações funcionais através de simulações computacionais. A principal vantagem é que ele fornece uma maneira de implementar algoritmos de computação de alto desempenho para complementar o trabalho teórico e experimental no campo da pesquisa de ilhotas. Esta metodologia pode ser particularmente útil para comparar as propriedades morfológicas e de conectividade de ilhotas saudáveis e alteradas ou para comparar arquiteturas de ilhotas de diferentes espécies animais.

Para começar, verifique se os compiladores GCC e NVCC estão instalados. Abra um terminal executando os comandos e siga as instruções fornecidas no texto se algum desses comandos não for reconhecido pelo sistema. Abra um terminal e vá para a pasta IsletLab.

Crie um novo ambiente executando o comando no terminal. Ative o novo ambiente executando o comando. Inicie o aplicativo IsletLab executando o comando no terminal.

Para preparar os dados de entrada, organize os dados de ilhotas de entrada em um arquivo de quatro colunas em que a primeira coluna é o tipo de célula e a segunda, terceira e quarta colunas são as coordenadas X, Y e Z das células de entrada, respectivamente, garantindo que o arquivo de entrada não inclua cabeçalhos de coluna. Clique no botão de ilhota inicial de carga e selecione o arquivo contendo dados de entrada para gerar uma ilhota inicial, a representação tridimensional e as estatísticas correspondentes. Para configurar o processo de reconstrução, clique no botão Configurações de Reconstrução e modifique os parâmetros de otimização.

Clique no botão OK para salvar os valores dos parâmetros. Clique no botão Reconstruir a ilhota para abrir a janela Registro de Reconstrução. Clique no botão Executar para iniciar o processo de reconstrução.

Avalie os resultados do processo de reconstrução analisando as estatísticas de otimização mostradas na guia Ilhotas Finais do painel estatístico, focando na maximização do percentual de células experimentais incluídas nas ilhotas reconstruídas ou, equivalentemente, na minimização do número de sobreposições. Se o percentual de estatísticas experimentais for considerado baixo de acordo com os objetivos do usuário, clique no menu Arquivo e selecione Reiniciar. Clique no botão Descarregar o botão ilhota inicial e selecione o arquivo contendo dados de entrada para gerar uma ilhota inicial.

Em seguida, aumente a temperatura inicial, o fator Iterações e o fator de aceitação nos ajustes de Reconstrução e repita o processo de reconstrução de ilhotas descrito anteriormente até que os resultados satisfatórios sejam obtidos. Clique nas configurações de reconstrução e selecione Tolerância de contato para definir a tolerância de contato entre células. Clique em OK para salvar os valores do parâmetro.

Clique no botão contatos célula a célula para identificar as células em contato próximo. Clique no botão Criar rede para gerar a rede de ilhotas e para calcular a matriz de rede associada. Mude para a guia Simulação do painel de configuração da interface.

Selecione o modo desejado de frequência intrínseca, Constante ou Aleatória. Clique no botão configurar de frequência intrínseca para definir a frequência do oscilador em hertz. Selecione o modo desejado da fase inicial, Constante ou Aleatório.

Clique no botão Configurar interações para definir os parâmetros de interação célula-celular na janela de força interação. Configure a simulação definindo o tempo total de simulação, etapa de tempo e fator de salvamento. Defina o número de blocos, threads e recursos de plataforma de computação disponíveis para realizar a simulação.

Clique no botão Executar simulação para abrir a janela de registro de simulação. Clique no botão Executar para iniciar a simulação e monitore o processo até que a legenda Feche a janela para continuar. Em seguida, feche a janela de registro de simulação para observar os resultados da simulação.

Clique em Arquivar e selecione o Projeto de Exportação na barra de menu. Selecione o diretório no qual o arquivo do projeto será salvo e clique no botão OK. Foi obtida a reconstrução de ilhotas utilizando conjuntos subótimos de parâmetros nos ambientes de reconstrução, incluindo 86,6% das células iniciais.

O aumento da temperatura inicial, iteração e fatores de aceitação resultou em uma maior porcentagem de células iniciais como 93,37 e 99,15% nas ilhotas reconstruídas. Os lotes de convergência do processo de reconstrução foram obtidos, demonstrando a evolução das células sobrepostas em função da temperatura. A identificação dos contatos célula-célula das arquiteturas de ilhotas reconstruídas depende do valor do parâmetro de tolerância ao contato.

Apenas 290 contatos célula-célula foram identificados pelo valor de um micrômetro, enquanto para dois micrômetros, o contexto total identificado aumentou para 636 e 731, respectivamente. O enredo da rede foi obtido que fornece uma representação visual dos contatos célula-célula que estão conectados juntos. Os resultados da simulação demonstraram que as células alfa e beta oscilam completamente fora de fase, enquanto as células delta oscilam fora da fase com células alfa e beta.

O comportamento oscilatório da ilhota foi dominado pelas oscilações das células alfa com uma pequena contribuição da outra população celular. Foi obtido o gráfico do índice de sincronização de ilhlets que fornece a medida da coerência de fase das oscilações entre as células ilhotas e a variação da sincronicidade entre as células ilhotas ao longo do tempo. Todas as métricas derivadas e as simulações funcionais dependem do processo de reconstrução, por isso é fundamental alcançar o maior percentual de células iniciais nas ilhotas reconstruídas.

Ilhotas reconstruídas obtidas a partir deste procedimento podem ser ainda mais utilizadas para desenvolver modelos computacionais mais realistas de ilhotas pancreáticas, incluindo uma descrição biofísica detalhada das células ilhotas.