Comparative analysis of reconstructed architectures from mice and human islets

Abstract

Intra-islet communication via electrical, paracrine and autocrine signals, is highly dependent on the organization of cells within the islets and is key for an adequate response to changes in blood glucose and other stimuli. In spite of the fact that relevant structural differences between mouse and human islet architectures have been described, the functional implications of these differences remain only partially understood. In this work, aiming to contribute to a better understanding of the relationship between structural and functional properties of pancreatic islets, we reconstructed human and mice islets in order to perform a structural comparison based on both morphologic and network-derived metrics. According to our results, human islets constitute a more efficient network from a connectivity viewpoint, mainly due to the higher proportion of heterotypic contacts between islet cells in comparison to mice islets.

IsletLab: an application to reconstruct and analyze islet architectures

“…cell-to-cell contacts) is obtained. In a related article, 2 we used the properties obtained from the islet reconstruction process to quantitatively characterize the connectivity network formed in normal and perturbed islets. On the other hand, Hoang et al 3 proposed a computational approach to evaluate the functional implications of the islet composition, organization and connectivity, using the Kuramoto model of coupled oscillators to simulate the pulsatile nature of hormone secretion.…”

Modelo computacional de la secreción pulsátil de insulina en islotes pancreáticos de tipo humano

“…Félix-Martínez y colaboradores empleando el algoritmo brevemente descrito [48] han reconstruido islotes de humanos y de ratón [51]. Como muestra de los resultados obtenidos de la implementación del algoritmo, en la Figura 9 se muestran 4 islotes pancreáticos reportados [51], constituidos únicamente de células α y β. Estos resultados demuestran que el algoritmo es capaz de reconstruir islotes pancreáticos tomando en cuenta el tamaño celular, la composición, distribución y localización de las células [51]. En este trabajo se reconstruyeron 28 islotes de humanos (ver sección 4.1).…”

“…Partiendo de las arquitecturas de los islotes humanos reconstruidos computacionalmente se identificaron y cuantificaron los contactos entre células α (N αα ), células α y β (N αβ ), células α y δ (N αδ ), células β (N ββ ). Para esto se utilizó el algoritmo implementado en IsletLab [63], descrito a detalle en [51] (un esquema general del algoritmo se puede observar en la Figura 15).…”

“…Islotes pancreáticos humanos reconstruidos computacionalmente: los islotes están compuestos únicamente de células α (rojo) y β (verde). Imagen tomada y modificada de: [51]. i y j del islote, como se ejemplifica en la Ecuación 1, siendo el valor de los elementos A ij igual a 1 cuando se detecta el contacto entre las células y cero en caso contrario.…”

“…Datos obtenidos de: [51] derando el 100 % de las células β que conforman los islotes (caso control), y el segundo simulando la pérdida del 30 % de células β. Para esto, se eliminaron aleatoriamente el porcentaje de células β necesario según el número total de células β de cada islote. Con esto, se obtuvieron arquitecturas alteradas como el ejemplo que se muestra en la Figura 12 A y B.…”