Name: computational reconstruction of pancreatic islets as a tool for structural and functional analysis
Uploaded: 2022-03-09T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Computational Reconstruction of Pancreatic Islets as a Tool for Structural and Functional Analysis at JoVE.com

G.J. Félix-Martínez מודה ל- CONACYT (Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, México) ולמחלקה להנדסת חשמל של אוניברסיטת אוטונומה מטרופוליטנה (México City) על התמיכה שניתנה לפרויקט זה. אנו מודים לד"ר דאן-טאי הואנג, לד"ר מנאמי הארה ולד"ר ג'ונגיו ג'ו על עבודתם יוצאת הדופן ונדיבותם בשיתוף ארכיטקטורות האיים שאפשרו עבודה זו עם קהילת המחקר.

הערה: דיאגרמה סכמטית של הפרוטוקול מוצגת באיור 1. תיאור שלב אחר שלב ניתן כדלקמן (ראה קובץ משלים 1 לקבלת פרטים על לוחות הבקרה המשמשים בכל שלב של הפרוטוקול).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63351/63351fig01.jpg"> איור 1: דיאג...

<ol>
	<li>Chen, L., Pan, X., Zhang, Y. H., Huang, T., Cai, Y. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Gene+Expression+Differences+between+Different+Pancreatic+Cells.">Analysis of Gene Expression Differences between Different Pancreatic Cells.</a> ACS Omega. 4 (4), 6421-6435 (2019).</li><li>Longnecker, D. S., Gorelick, F., Thompson, E. D., Histology, H. G., Beger, A. L., Warshaw, R. H., Hruban, M. W., Buchler, M. M., Lerch, J. P., Neoptolemos, T., Shimosegawa, D. C., Whitcomb, C., GroB, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anatomy,+Histology,+and+Fine+Structure+of+the+Pancreas.">Anatomy, Histology, and Fine Structure of the Pancreas.</a> The Pancreas. , (2018).</li><li>Liao, E. P., Brass, B., Abelev, Z., Poretsky, L., Poretsky, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endocrine+Pancreas.">Endocrine Pancreas.</a> Principles of Diabetes Mellitus. , (2017).</li><li>Noguchi, G. M., Huising, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+the+inputs+that+shape+pancreatic+islet+hormone+release.">Integrating the inputs that shape pancreatic islet hormone release.</a> Nature Metabolism. 1, 1189-1201 (2019).</li><li>P&#233;rez-Armendariz, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Connexin+36,+a+key+element+in+pancreatic+beta+cell+function.">Connexin 36, a key element in pancreatic beta cell function.</a> Neuropharmacology. 75, 557-566 (2013).</li><li>Briant, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&#948;-cells+and+&#946;-cells+are+electrically+coupled+and+regulate+&#945;-cell+activity+via+somatostatin.">&#948;-cells and &#946;-cells are electrically coupled and regulate &#945;-cell activity via somatostatin.</a> The Journal of Physiology. 596 (2), 197-215 (2018).</li><li>Arrojoe Drigo, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+insights+into+the+architecture+of+the+islet+of+Langerhans:+a+focused+cross-species+assessment.">New insights into the architecture of the islet of Langerhans: a focused cross-species assessment.</a> Diabetologia. 58 (10), 2218-2228 (2015).</li><li>Cabrera, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+unique+cytoarchitecture+of+human+pancreatic+islets+has+implications+for+islet+cell+function.">The unique cytoarchitecture of human pancreatic islets has implications for islet cell function.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (7), 2334-2339 (2006).</li><li>Folli, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pancreatic+islet+of+Langerhans'+cytoarchitecture+and+ultrastructure+in+normal+glucose+tolerance+and+in+type+2+diabetes+mellitus.">Pancreatic islet of Langerhans' cytoarchitecture and ultrastructure in normal glucose tolerance and in type 2 diabetes mellitus.</a> Diabetes, Obesity &amp; Metabolism. 20, 137-144 (2018).</li><li>Kilimnik, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+islet+composition+and+disproportionate+loss+of+large+islets+in+patients+with+type+2+diabetes.">Altered islet composition and disproportionate loss of large islets in patients with type 2 diabetes.</a> PloS One. 6 (11), 27445 (2011).</li><li>Hoang, D. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Conserved+Rule+for+Pancreatic+Islet+Organization.">A Conserved Rule for Pancreatic Islet Organization.</a> PloS One. 9 (10), 110384 (2014).</li><li>Hoang, D. T., Hara, M., Jo, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+Principles+of+Pancreatic+Islets:+Glucose-Dependent+Coordination+of+Hormone+Pulses.">Design Principles of Pancreatic Islets: Glucose-Dependent Coordination of Hormone Pulses.</a> PloS One. 11 (4), 0152446 (2016).</li><li>Brissova, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+human+pancreatic+islet+architecture+and+composition+by+laser+scanning+confocal+microscopy.">Assessment of human pancreatic islet architecture and composition by laser scanning confocal microscopy.</a> The Journal of Histochemistry and Cytochemistry: Official Journal of the Histochemistry Society. 53 (9), 1087-1097 (2005).</li><li>F&#233;lix-Martinez, G. J., God&#237;nez-Fern&#225;ndez, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mathematical+models+of+electrical+activity+of+the+pancreatic+&#946;-cell:+a+physiological+review.">Mathematical models of electrical activity of the pancreatic &#946;-cell: a physiological review.</a> Islets. 6 (3), 949195 (2014).</li><li>F&#233;lix-Mart&#237;nez, G. J., Gonz&#225;lez-V&#233;lez, V., God&#237;nez-Fern&#225;ndez, J. R., Gil, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+models+of+the+human+pancreatic+&#948;-cell:+From+single+channels+to+the+firing+of+action+potentials.">Electrophysiological models of the human pancreatic &#948;-cell: From single channels to the firing of action potentials.</a> International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering. 36 (2), 3296 (2020).</li><li>Watts, M., Sherman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+pancreatic+&#945;-cell:+dual+mechanisms+of+glucose+suppression+of+glucagon+secretion.">Modeling the pancreatic &#945;-cell: dual mechanisms of glucose suppression of glucagon secretion.</a> Biophysical Journal. 106 (3), 741-751 (2014).</li><li>Lei, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beta-cell+hubs+maintain+Ca2++oscillations+in+human+and+mouse+islet+simulations.">Beta-cell hubs maintain Ca2+ oscillations in human and mouse islet simulations.</a> Islets. 10 (4), 151-167 (2018).</li><li>Watts, M., Ha, J., Kimchi, O., Sherman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paracrine+regulation+of+glucagon+secretion:+the+&#946;/&#945;/&#948;+model.">Paracrine regulation of glucagon secretion: the &#946;/&#945;/&#948; model.</a> American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism. 310 (8), 597-611 (2016).</li><li>F&#233;lix-Mart&#237;nez, G. J., Mata, A., God&#237;nez-Fern&#225;ndez, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstructing+human+pancreatic+islet+architectures+using+computational+optimization.">Reconstructing human pancreatic islet architectures using computational optimization.</a> Islets. 12 (6), 121-133 (2020).</li><li>Hellman, B., Salehi, A., Gylfe, E., Dansk, H., Grapengiesser, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glucose+generates+coincident+insulin+and+somatostatin+pulses+and+antisynchronous+glucagon+pulses+from+human+pancreatic+islets.">Glucose generates coincident insulin and somatostatin pulses and antisynchronous glucagon pulses from human pancreatic islets.</a> Endocrinology. 150 (12), 5334-5340 (2009).</li><li>Hellman, B., Salehi, A., Grapengiesser, E., Gylfe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolated+mouse+islets+respond+to+glucose+with+an+initial+peak+of+glucagon+release+followed+by+pulses+of+insulin+and+somatostatin+in+antisynchrony+with+glucagon.">Isolated mouse islets respond to glucose with an initial peak of glucagon release followed by pulses of insulin and somatostatin in antisynchrony with glucagon.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 417 (4), 1219-1223 (2012).</li><li>F&#233;lix-Mart&#237;nez, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IsletLab:+an+application+to+reconstruct+and+analyze+islet+architectures.">IsletLab: an application to reconstruct and analyze islet architectures.</a> Islets. 14 (1), 36-39 (2022).</li><li>F&#233;lix-Mart&#237;nez, G. J., God&#237;nez-Fern&#225;ndez, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+analysis+of+reconstructed+architectures+from+mice+and+human+islets.">Comparative analysis of reconstructed architectures from mice and human islets.</a> Islets. 14 (1), 23-35 (2022).</li></ol>

הפרוטוקול הנ"ל מתווה גישה מעשית לשחזור וניתוח ארכיטקטורות איון הלבלב באמצעות אלגוריתמים חישוביים חדשניים. המטרה העיקרית של עבודה זו היא לאפשר לקהילת המחקר של האיים לגזור מדדים כמותיים כדי לאפיין את התכונות המורפולוגיות והקישוריות של ארכיטקטורות איון הלבלב ולהעריך את ההשלכות הפונקציונ?...

הלבלב מחולק לאזורים המכונים ראש, צוואר, גוף וזנב, שלכל אחד מהם יש מבנים, תפקודים שונים ומיקום אנטומי 1,2. מנקודת מבט פונקציונלית, ניתן לחלק את הלבלב למערכות אנדוקריניות ואקסוקריניות כאשר הראשון אחראי על הפרשת ההורמונים המעורבים באופן קריטי בוויסות ההומאוסטזיס של גלוקוז, בעוד שהאחרון תורם לעיכול מזון באמצעות הפרשת אנזימים לתוך התריסריון1. איי הלבלב מהווים את הרקמה האנדוקרינית של הלבלב והם אחראים להפרשת גלוקגון, אינסולין וסומטוסטאטין, המופרשים מתאי ɑ, β ו-δ, בהתאמה3. בנוסף למנגנוני הוויסות הפנימיים שלהם, תאים אלה מווסתים באמצעות תקשורת חשמלית ישירה (בין תאי β וככל הנראה β ותאי δ), וגם על ידי איתות פאראקרין ואוטוקרין 4,5,6. שני המנגנונים תלויים מאוד בארכיטקטורת האי (כלומר, בהרכב ובארגון של סוגי התאים השונים בתוך האי)7,8. חשוב לציין, ארכיטקטורת האיים משתנה בנוכחות סוכרת, ככל הנראה מטרידה את התקשורת התוך-תאית כתוצאה מכך 9,10.
המחקר של איי הלבלב כולל מגוון רחב של מתודולוגיות ניסיוניות. בין אלה, השימוש בטכניקות פלואורסצנטיות כדי לקבוע את מספרם, מיקומם וסוגם של התאים השונים באי אפשר לחקור את התכונות המבניות והמורפולוגיות של איי הלבלב 11,12,13 ולהבין טוב יותר את ההשלכות התפקודיות בבריאות ובמחלות. כהשלמה, מודלים חישוביים של תאי לבלב 14,15,16 ולאחרונה, איי לבלב 12,17,18,19 שימשו בעשורים האחרונים להערכת היבטים שקשה או אפילו בלתי אפשרי לטפל בהם בניסוי.
בפרוטוקול זה, אנו שואפים לגשר על הפער בין העבודה הניסיונית לעבודה החישובית על ידי התוויית מתודולוגיה לשחזור ארכיטקטורות איים, לנתח את תכונותיהן המורפולוגיות והקישוריותיות באמצעות מדדים כמותיים, ולבצע סימולציות בסיסיות כדי להעריך את ההשלכות הפונקציונליות של תכונות האיון.
הפרוטוקול המתואר להלן מבוסס על אלגוריתמים חישוביים שתוכננו במיוחד לחקר איי הלבלב. לסיכום, בשלב הראשון של הפרוטוקול, ארכיטקטורת האיים משוחזרת מנתונים ניסיוניים באמצעות האלגוריתם שהוצע לאחרונה על ידי Félix-Martínez et al.19 שבו עמדות גרעיניות המתקבלות באמצעות צביעת 4′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) וסוגי תאים שזוהו באמצעות אימונופלואורסצנציה (כפי שתואר בפירוט על ידי Hoang et al.11,12 ) מעובדים בהליך אופטימיזציה איטרטיבי. זה מוביל לקביעת הגודל והמיקום האופטימליים של כל תא ולקבל איון המורכב מתאים שאינם חופפים. שנית, בהתבסס על הארכיטקטורה המשוחזרת, מזוהים אנשי קשר בין תא לתא כדי לקבוע את תכונות הקישוריות וליצור את רשת האיים המתאימה המאפשרת למשתמש לקבל מדדים כמותיים כדי לתאר עוד יותר את ארכיטקטורת האיים (ניתן לעיין בפרטים על אלגוריתם השחזור בעבודה המקורית בנושא19). לבסוף, סימולציות פונקציונליות בסיסיות מבוצעות באמצעות גישת המידול שהוצעה על ידי Hoang et al.12 שבה, בהתבסס על האופי הפועם של הפרשת ההורמונים שנצפתה בניסוי 20,21, כל תא מטופל כמתנד, ולכן האי מיוצג כרשת של מתנדים מצומדים בעקבות תכונות הקישוריות של האי המשוחזר.
בהתחשב במורכבות החישובית של האלגוריתמים המשמשים בפרוטוקול זה, כל השלבים המעורבים יושמו ביישום עצמאי22 במטרה העיקרית לגשת לכל הכלים החישוביים הללו לכל הקוראים המעוניינים ללא קשר לרמת הניסיון שלהם בשימוש בתוכנות מיוחדות או בשפות תכנות.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CUDA-capable NVIDIA graphics card</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Required for the functional simulations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IsletLab</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>https://github.com/gjfelix/IsletLab (Follow the instructions to download and install the application.)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

computational reconstruction of pancreatic islets as a tool for structural and functional analysis

תכונות מבניות של איי הלבלב הן המפתח לתגובה התפקודית של תאים מפרישי אינסולין, גלוקגון וסומטוסטטין, בשל השלכותיהם בתקשורת תוך-תאית באמצעות איתות חשמלי, פרקרין ואוטוקרין. בפרוטוקול זה, הארכיטקטורה התלת-ממדית של איון לבלב משוחזרת תחילה מנתונים ניסיוניים באמצעות אלגוריתם חישובי חדשני. לאחר מכן, מתקבלות התכונות המורפולוגיות והקישוריותיות של האי המשוחזר, כגון המספר והאחוזים של הסוגים השונים של התאים, נפח התא והמגעים בין התא לתא. לאחר מכן, תורת הרשת משמשת לתיאור תכונות הקישוריות של האי באמצעות מדדים הנגזרים מרשת כגון תואר ממוצע, מקדם אשכולות, צפיפות, קוטר ויעילות. לבסוף, כל המאפיינים הללו מוערכים באופן פונקציונלי באמצעות סימולציות חישוביות באמצעות מודל של מתנדים מצומדים. בסך הכל, כאן אנו מתארים זרימת עבודה שלב אחר שלב, המיושמת ב- IsletLab, יישום רב-שכבתי שפותח במיוחד עבור המחקר וההדמיה של איי הלבלב, כדי ליישם מתודולוגיה חישובית חדשנית לאפיון וניתוח איי הלבלב כהשלמה לעבודה הניסויית.

השחזור של איי הלבלב באמצעות המתודולוגיה המוצעת על ידי Félix-Martínez et al.19 תלוי מאוד בפרמטרים שניתנו לאלגוריתם האופטימיזציה (המוגדר בהגדרות השחזור). דוגמה לכך מוצגת באופן חזותי באיור 3, שם מוצגים איונים משוחזרים המתקבלים באמצעות קבוצות שונות של פרמטרים. ראשית, <strong c...

Watch this Scientific Journal Video about Computational Reconstruction of Pancreatic Islets as a Tool for Structural and Functional Analysis at JoVE.com

Computational Reconstruction of Pancreatic Islets as a Tool for Structural and Functional Analysis

בפרוטוקול זה, איי הלבלב משוחזרים ומנותחים באמצעות אלגוריתמים חישוביים המיושמים ביישום רב-תכליתי ייעודי.

שחזור חישובי של איי הלבלב ככלי לניתוח מבני ותפקודי

Structural properties of pancreatic islets are key for the functional response of insulin, glucagon, and somatostatin-secreting cells, due to their ...

פרוטוקול זה משמעותי משום שהוא מתאר עומס עבודה חישובי לשחזור ארכיטקטורות איים, לניתוח תכונותיהן המורפולוגיות והקישוריות ולהערכת ההשלכות הפונקציונליות שלהן באמצעות סימולציות חישוביות. היתרון העיקרי הוא שהוא מספק דרך ליישם אלגוריתמים של מחשוב בעל ביצועים גבוהים כדי להשלים את העבודה התיאורטית והניסיונית בתחום חקר האיים. מתודולוגיה זו יכולה להיות שימושית במיוחד כדי להשוות את התכונות המורפולוגיות והקישוריות של איים בריאים ומשתנים או כדי להשוות ארכיטקטורות איים ממיני בעלי חיים שונים.כדי להתחיל, ודא כי מהדרים GCC ו- NVCC מותקנים. פתח מסוף על-ידי ביצוע הפקודות ופעל בהתאם להוראות המופיעות בטקסט אם אחת מפקודות אלה אינה מזוהה על-ידי המערכת. פתח מסוף ועבור אל התיקיה IsletLab.צור סביבה חדשה על-ידי הפעלת הפקודה במסוף. הפעל את הסביבה החדשה על-ידי הפעלת הפקודה. הפעל את יישום IsletLab על ידי ביצוע הפקודה במסוף.כדי להכין את נתוני הקלט, ארגן את נתוני איון הקלט בקובץ בן ארבע עמודות שבו העמודה הראשונה היא סוג התא והעמודות השנייה, השלישית והרביעית הן הקואורדינטות X, Y ו- Z של תאי הקלט, בהתאמה, כדי להבטיח שקובץ הקלט אינו כולל כותרות עמודות. לחץ על לחצן טען איון ראשוני ובחר את הקובץ המכיל נתוני קלט כדי ליצור איון ראשוני, את הייצוג התלת-ממדי ואת הנתונים הסטטיסטיים המתאימים. כדי לקבוע את תצורת תהליך השחזור, לחץ על לחצן הגדרות שחזור ושנה את פרמטרי המיטוב.לחץ על הלחצן אישור כדי לשמור את ערכי הפרמטרים. לחץ על לחצן שחזר את האיון כדי לפתוח את חלון יומן השחזור. לחץ על הפעל כפתור כדי להתחיל את תהליך השחזור.להעריך את התוצאות של תהליך השחזור על ידי ניתוח סטטיסטיקות האופטימיזציה המוצגות בכרטיסיית האיים הסופית של לוח הסטטיסטיקה על ידי התמקדות במקסום אחוז התאים הניסוייים הכלולים באיים המשוחזרים או, באופן שווה, במזעור מספר החפיפות. אם אחוז הנתונים הסטטיסטיים הניסוייים נחשב נמוך בהתאם למטרות המשתמש, לחץ על תפריט קובץ ובחר הפעל מחדש. לחץ על לחצן טען איון ראשוני ובחר את הקובץ המכיל נתוני קלט כדי ליצור איון ראשוני.לאחר מכן העלו את הטמפרטורה הראשונית, גורם האיטרציות וגורם הקבלה בהגדרות השחזור, וחזור על תהליך שחזור האיים שתואר קודם לכן עד לקבלת תוצאות משביעות רצון. לחץ על הגדרות השחזור ובחר סובלנות ליצירת קשר כדי להגדיר את עמידות הקשר בין התא לתא. לחץ על אישור כדי לשמור את ערכי הפרמטרים.לחץ על לחצן אנשי קשר מתא לתא כדי לזהות את התאים הנמצאים במגע קרוב. לחץ על לחצן בנה רשת כדי ליצור את רשת האיים ולחשב את מטריצת הרשת המשויכת. עבור לכרטיסיה סימולציה של לוח התצורה של הממשק.בחר את המצב הרצוי של תדר פנימי, קבוע או אקראי. לחץ על לחצן הגדר תדר פנימי כדי להגדיר את התדר של המתנד בהרץ. בחר את המצב הרצוי של השלב הראשוני, קבוע או אקראי.לחץ על לחצן קביעת תצורה של אינטראקציות כדי להגדיר את הפרמטרים של אינטראקציה בין תא לתא בחלון חוזק האינטראקציה. הגדר את הסימולציה על-ידי הגדרת זמן הסימולציה הכולל, שלב הזמן וגורם השמירה. הגדר את מספר הבלוקים, החוטים והיכולת של פלטפורמת המחשוב הזמינים לביצוע הסימולציה.לחץ על לחצן הפעל סימולציה כדי לפתוח את חלון יומן הרישום של סימולציה. לחץ על הפעל כפתור כדי להתחיל את הסימולציה ולפקח על התהליך עד שהמקרא אנא סגור את החלון כדי להמשיך מוצג. לאחר מכן סגור את חלון יומן הסימולציה כדי לצפות בתוצאות הסימולציה.לחץ על קובץ ובחר את פרוייקט ייצוא בשורת התפריטים. בחר את הספריה שבה יישמר קובץ הפרוייקט ולחץ על הלחצן אישור. שחזור איון באמצעות קבוצות לא אופטימליות של פרמטרים בהגדרות השחזור התקבל, כולל 86.6% מהתאים ההתחלתיים.העלאת הטמפרטורה הראשונית, האיטרציה וגורמי הקבלה הביאו לאחוז גבוה יותר של תאים ראשוניים כמו 93.37 ו-99.15% באיים המשוחזרים. חלקות ההתכנסות של תהליך השחזור התקבלו, המדגימות את האבולוציה של תאים חופפים כפונקציה של הטמפרטורה. זיהוי המגעים בין התא לתא מארכיטקטורות האיים המשוחזרות תלוי בערך של פרמטר סובלנות המגע.רק 290 מגעים בין תא לתא זוהו עבור הערך של מיקרומטר אחד, בעוד שעבור שני מיקרומטרים, ההקשר הכולל שזוהה עלה ל-636 ו-731, בהתאמה. התקבלו תרשים הרשת המספק ייצוג חזותי של אנשי הקשר בין התא לתא המחוברים זה לזה. תוצאות הסימולציה הראו שתאי אלפא ובטא מתנדנדים לחלוטין מחוץ לפאזה, בעוד שתאי דלתא מתנדנדים מחוץ לפאזה עם תאי אלפא ובטא.ההתנהגות המתנודדת של האי נשלטה על ידי תנודות תאי האלפא עם תרומה מינורית של אוכלוסיית התאים האחרים. תרשים אינדקס סנכרון האיים התקבל אשר מספק את מדידת קוהרנטיות הפאזה של התנודות בין תאי האיים ואת השונות של הסינכרוניות בין תאי האי לאורך זמן. כל המדדים הנגזרים וההדמיות הפונקציונליות תלויים בתהליך השחזור, ולכן המפתח הוא להשיג את האחוז הגבוה ביותר של תאים ראשוניים באיים המשוחזרים.איים משוחזרים המתקבלים מהליך זה יכולים לשמש גם לפיתוח מודלים חישוביים מציאותיים יותר של איי הלבלב על ידי הכללת תיאור ביופיזי מפורט של תאי איון.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

Microfluidic מבוססי הידרודינמית מלכודת חלקיקים יחיד

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

Patient-specific Modeling of the Heart: Estimation of Ventricular Fiber Orientations

דוגמנות מטופל ספציפי של לב: אומדן של אורינטציות סיבי חדרית

Patient-specific  simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered  by the absence of in vivo imaging technology for ...

Correlative Microscopy for 3D Structural Analysis of Dynamic Interactions

מיקרוסקופית גומלת לניתוח מבני 3D של אינטראקציות דינמיות

Cryo-electron tomography (cryoET) allows 3D visualization of cellular structures at molecular resolution in a close-to-physiological state1. However, ...

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

Fluorescence-quenching of a Liposomal-encapsulated Near-infrared Fluorophore as a Tool for In Vivo Optical Imaging

הקרינה-מרווה של Fluorophore הקרוב אינפרא אדום-כמוס liposomal ככלי ל<em&gt; In vivo</em&gt; דימות אופטי

Optical imaging offers a wide range of diagnostic modalities and has attracted a lot of interest as a tool for biomedical imaging. Despite the enormous ...

The Synthesis of RGD-functionalized Hydrogels as a Tool for Therapeutic Applications

הסינתזה של RGD פונקציונלית הידרוג ככלי יישומים טיפוליים

The use of polymers as biomaterials has provided significant advantages in therapeutic applications. In particular, the possibility to modify and ...

Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

ייצור של חלקיקי מתכת על ידי פעימה לייזר ablation בנוזלים: כלי לחקר מאפיינים אנטיבקטריאליים של חלקיקים

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

ה-DNA צינוריות כמו כלי רב-תכליתי ללמוד פולימרים Semiflexible

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

The Organoid Reconstitution Assay (ORA) for the Functional Analysis of Intestinal Stem and Niche Cells

The Organoid Reconstitution Assay ORA for the Functional Analysis of Intestinal Stem and Niche Cells

וזמינותו שיחזור תא צורב (אורה) לניתוח פונקציונלי של מעיים גזע ותאים נישה

The intestinal epithelium is characterized by an extremely rapid turnover rate. In mammals, the entire epithelial lining is renewed within 4 - 5 days. ...

Surface Engineering of Pancreatic Islets with a Heparinized StarPEG Nanocoating

הנדסה משטח של לנגרהנס עם StarPEG Nanocoating Heparinized

Cell surface engineering can protect implanted cells from host immune attack. It can also reshape cellular landscape to improve graft function and ...

Tissue-Engineered Graft for Circumferential Esophageal Reconstruction in Rats

רקמת הנדסה לשיקום שחזור הוושט בחולדות

The use of biocompatible materials for circumferential esophageal reconstruction is a technically challenging task in rats and requires an optimal implant ...