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 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.

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).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63351/63351fig01.jpg"> Figura 1: Diagramma di flusso. Diagramma di flusso ch...

<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>

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 computaz...

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 glucagone, insulina e somatostatina, secreti rispettivamente dalle cellule ɑ, β e δ,rispettivamente 3. Oltre ai loro meccanismi di regolazione intrinseci, queste cellule sono regolate tramite comunicazione elettrica diretta (tra cellule β e probabilmente β e δ cellule), e anche dalla segnalazione paracrina e autocrina 4,5,6. Entrambi i meccanismi dipendono fortemente dall'architettura dell'isolotto (cioè dalla composizione e dall'organizzazione dei diversi tipi di cellule all'interno dell'isolotto)7,8. È importante sottolineare che l'architettura delle isole è alterata in presenza di diabete, molto probabilmente disturbando la comunicazione intraisleta di conseguenza 9,10.
Lo studio delle isole pancreatiche coinvolge una vasta gamma di metodologie sperimentali. Tra questi, l'uso di tecniche di fluorescenza per determinare il numero, la posizione e il tipo delle diverse cellule nell'isolotto ha permesso di studiare le proprietà strutturali e morfologiche delle isole pancreatiche 11,12,13 e di acquisire una migliore comprensione delle implicazioni funzionali in salute e malattia. Come complemento, modelli computazionali di cellule pancreatiche 14,15,16 e, più recentemente, isole pancreatiche 12,17,18,19 sono stati utilizzati negli ultimi decenni per valutare aspetti difficili o addirittura impossibili da affrontare sperimentalmente.
In questo protocollo, miriamo a colmare il divario tra il lavoro sperimentale e computazionale delineando una metodologia per ricostruire le architetture delle isole, per analizzare le loro proprietà morfologiche e di connettività attraverso metriche quantitative e per eseguire simulazioni di base per valutare le implicazioni funzionali delle proprietà delle isole.
Il protocollo descritto di seguito si basa su algoritmi computazionali specificamente progettati per lo studio delle isole pancreatiche. In sintesi, nella prima fase del protocollo, l'architettura delle isole viene ricostruita da dati sperimentali utilizzando l'algoritmo recentemente proposto da Félix-Martínez et al.19 in cui posizioni nucleari ottenute attraverso la colorazione 4′,6-diamidino-2-fenilindolo (DAPI) e tipi cellulari identificati attraverso l'immunofluorescenza (come descritto in dettaglio da Hoang et al.11,12 ) sono elaborati in una procedura di ottimizzazione iterativa. Questo porta a determinare la dimensione e la posizione ottimali di ogni cella e ad ottenere un isolotto composto da celle non sovrapposte. In secondo luogo, sulla base dell'architettura ricostruita, vengono identificati i contatti cellula-cellula per determinare le proprietà di connettività e per generare la corrispondente rete isolotta che consente all'utente di ottenere metriche quantitative per descrivere ulteriormente l'architettura dell'isolotto (i dettagli sull'algoritmo di ricostruzione possono essere consultati nel lavoro originale sull'argomento19). Infine, vengono eseguite simulazioni funzionali di base utilizzando l'approccio modellistico proposto da Hoang et al.12 in cui, in base alla natura pulsatile della secrezione ormonale osservata sperimentalmente20,21, ogni cellula viene trattata come un oscillatore, e quindi l'isolotto è rappresentato come una rete di oscillatori accoppiati che seguono le proprietà di connettività dell'isolotto ricostruito.
Data la complessità computazionale degli algoritmi utilizzati in questo protocollo, tutti i passaggi coinvolti sono stati implementati in un'applicazione standalone22 con l'obiettivo principale di avvicinare questi strumenti computazionali a tutti i lettori interessati indipendentemente dal loro livello di esperienza nell'uso di software specializzati o linguaggi di programmazione.

<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

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.

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 ricostr...

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

In questo protocollo, le isole pancreatiche vengono ricostruite e analizzate utilizzando algoritmi computazionali implementati in un'applicazione multipiattaforma dedicata.

Ricostruzione computazionale delle isole pancreatiche come strumento per l'analisi strutturale e funzionale

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

Questo protocollo è significativo perché descrive un carico di lavoro computazionale per ricostruire architetture di isole, per analizzare le loro proprietà morfologiche e di connettività e per valutarne le implicazioni funzionali tramite simulazioni computazionali. Il vantaggio principale è che fornisce un modo per implementare algoritmi di calcolo ad alte prestazioni per integrare il lavoro teorico e sperimentale nel campo della ricerca sulle isole. Questa metodologia può essere particolarmente utile per confrontare le proprietà morfologiche e di connettività di isolotti sani e alterati o per confrontare architetture di isolotti di diverse specie animali.Per iniziare, verificare che i compilatori GCC e NVCC siano installati. Aprire un terminale eseguendo i comandi e seguire le istruzioni fornite nel testo se uno di questi comandi non viene riconosciuto dal sistema. Apri un terminale e vai alla cartella IsletLab.Creare un nuovo ambiente eseguendo il comando nel terminale. Attivare il nuovo ambiente eseguendo il comando. Avvia l'applicazione IsletLab eseguendo il comando nel terminale.Per preparare i dati di input, organizzare i dati dell'isolotto di input in un file a quattro colonne in cui la prima colonna è il tipo di cella e la seconda, la terza e la quarta colonna sono rispettivamente le coordinate X, Y e Z delle celle di input, assicurando che il file di input non includa intestazioni di colonna. Fare clic sul pulsante Carica isolotto iniziale e selezionare il file contenente i dati di input per generare un isolotto iniziale, la rappresentazione tridimensionale e le statistiche corrispondenti. Per configurare il processo di ricostruzione, fare clic sul pulsante Impostazioni di ricostruzione e modificare i parametri di ottimizzazione.Fare clic sul pulsante OK per salvare i valori dei parametri. Fare clic sul pulsante Ricostruisci isolotto per aprire la finestra Registro ricostruzione. Fare clic sul pulsante Esegui per avviare il processo di ricostruzione.Valutare i risultati del processo di ricostruzione analizzando le statistiche di ottimizzazione mostrate nella scheda Final Islet del pannello statistico concentrandosi sulla massimizzazione della percentuale di cellule sperimentali incluse negli isolotti ricostruiti o, equivalentemente, sulla minimizzazione del numero di sovrapposizioni. Se la percentuale di statistiche sperimentali è considerata bassa in base agli obiettivi dell'utente, fare clic sul menu File e selezionare Riavvia. Fare clic sul pulsante Carica isolotto iniziale e selezionare il file contenente i dati di input per generare un isolotto iniziale.Quindi aumentare la temperatura iniziale, il fattore Iterazioni e il fattore accettazione nelle impostazioni di ricostruzione e ripetere il processo di ricostruzione dell'isolotto descritto in precedenza fino a ottenere risultati soddisfacenti. Fate clic su Impostazioni di ricostruzione (Reconstruction settings) e selezionate Tolleranza contatto (Contact tolerance) per definire la tolleranza di contatto cella-cella. Fare clic su OK per salvare i valori dei parametri.Fare clic sul pulsante Contatti cella a cella per identificare le celle a stretto contatto. Fare clic sul pulsante Crea rete per generare la rete isolotta e calcolare la matrice di rete associata. Passare alla scheda Simulazione del pannello di configurazione dell'interfaccia.Selezionare la modalità desiderata di frequenza intrinseca, Costante o Casuale. Fare clic sul pulsante Configura frequenza intrinseca per definire la frequenza dell'oscillatore in hertz. Selezionare la modalità desiderata della fase iniziale, Costante o Casuale.Fare clic sul pulsante Configura interazioni per definire i parametri di interazione da cella a cella nella finestra Intensità interazione. Configura la simulazione definendo il tempo totale di simulazione, il passo temporale e il fattore di risparmio. Definire il numero di blocchi, thread e funzionalità della piattaforma di elaborazione disponibili per eseguire la simulazione.Fare clic sul pulsante Esegui simulazione per aprire la finestra Registro simulazione. Fare clic sul pulsante Esegui per avviare la simulazione e monitorare il processo fino a quando non viene visualizzata la legenda Chiudere la finestra per continuare. Quindi chiudere la finestra Registro simulazione per osservare i risultati della simulazione.Fare clic su File e selezionare Esporta progetto nella barra dei menu. Selezionare la directory in cui verrà salvato il file di progetto e fare clic sul pulsante OK. È stata ottenuta la ricostruzione delle isole utilizzando insiemi non ottimali di parametri nelle impostazioni di ricostruzione, incluso l'86,6% delle cellule iniziali.L'aumento della temperatura iniziale, dell'iterazione e dei fattori di accettazione ha portato a una percentuale più elevata di cellule iniziali come 93,37 e 99,15% negli isolotti ricostruiti. Sono stati ottenuti i grafici di convergenza del processo di ricostruzione, dimostrando l'evoluzione delle celle sovrapposte in funzione della temperatura. L'identificazione dei contatti cellula-cellula dalle architetture delle isole ricostruite dipende dal valore del parametro di tolleranza di contatto.Solo 290 contatti cellula-cellula sono stati identificati per il valore di un micrometro, mentre per due micrometri, il contesto totale identificato è aumentato rispettivamente a 636 e 731. È stato ottenuto il grafico di rete che fornisce una rappresentazione visiva dei contatti cellula-cellula che sono collegati tra loro. I risultati della simulazione hanno dimostrato che le cellule alfa e beta oscillano completamente fuori fase, mentre le cellule delta oscillano fuori fase con le cellule alfa e beta.Il comportamento oscillatorio dell'isolotto era dominato dalle oscillazioni delle cellule alfa con un contributo minore dell'altra popolazione cellulare. È stato ottenuto il grafico dell'indice di sincronizzazione delle isole che fornisce la misura della coerenza di fase delle oscillazioni tra le celle insulari e la variazione della sincronicità tra le cellule insulari nel tempo. Tutte le metriche derivate e le simulazioni funzionali dipendono dal processo di ricostruzione, quindi è fondamentale ottenere la più alta percentuale di cellule iniziali negli isolotti ricostruiti.Le isole ricostruite ottenute da questa procedura possono essere ulteriormente utilizzate per sviluppare modelli computazionali più realistici delle isole pancreatiche includendo una descrizione biofisica dettagliata delle cellule insulari.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

Un Microfluidic basato Trappola idrodinamico per particelle singole

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

Ricerca

Bioingegneria

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

Paziente-specifica modellazione del Cuore: Stima di orientamento delle fibre ventricolari

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

Microscopia correlativa per l&#39;analisi strutturale 3D di Interazioni Dinamiche

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

Fluorescenza tempra di un vicino infrarosso Fluoroforo incapsulata all&#39;interno di liposomi come strumento per<em&gt; In Vivo</em&gt; Optical Imaging

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

La sintesi di RGD-funzionalizzati idrogeli come strumento per applicazioni terapeutiche

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

Produzione di nanoparticelle metalliche mediante ablazione laser pulsata nei liquidi: uno strumento per studiare le proprietà antibatteriche delle nanoparticelle

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

Nanotubi di DNA come un Versatile strumento per lo studio di polimeri semiflessibili

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

Il dosaggio di ricostituzione di Organoid (ORA) per l'analisi funzionale di nicchia cellule staminali intestinale e

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

Ingegneria delle superfici degli isolotti pancreatici con un nanorivestimento StarPEG eparinizzata

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

Innesto ingegnerizzato per la ricostruzione esofagea circonferenza nei ratti

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