Koordinirano delovanje celic beta v pankreasnih otočkih je zagotovljeno s strani oscilatornih sprememb membranskega potenciala in sledečih sprememb v koncentraciji citoplazemskega kalcija. Junkcijske medcelične vrzeli zagotavljajo prenos informacij med celicami znotraj otočkov, kar omogoča usklajeno delovanje tega kompleksnega sincicija, ki ga tvorijo heterogene in intrinzično nelinearne celice. Za preučevanje prostorsko časovne kalcijeve dinamike znotraj sincicija smo se poslužili izdelave večceličnega matematičnega modela in visokoločljivostne konfokalne mikroskopije. Rezultati našega modela dobro sovpadajo z eksperimentalnimi meritvami, v kolikor upoštevamo znatno stopnjo heterogenost celic in medcelične sklopitve. Izkaže se, da prvih nekaj minut po stimulaciji, porazdelitev velikosti kalcijevih valov sledi potenčni funkciji, kar implicira kritično dinamiko. Za tem pa se dinamika kvalitativno spremeni, tako da beležimo večje število globalnih kalcijevih valov, kar je odraz superkritičnosti. Zavoljo boljšega simuliranja in vivo pogojev, v katerih raven glukoze oscilira, smo v simulacijo in v eksperiment vpeljali tovrsten stimulacijski protokol. V primeru oscilarujoče stimulacije se izkaže, da sistem ostane v kritičnem režimu. Naši rezultati kažejo na to, da izguba oscilacij glukoze v krvi, ki smo ji priča pri diabetesu, skupaj s povišano koncentracijo glukoze, vodi do superkritičnega obnašanja, kar rezultira v izgubo funkcionalnosti celic beta.
COBISS.SI-ID: 512760376
V članku je predstavljen pregled najnovejših metod za preučevanje kompleksnih bioloških sistemov, ki temeljijo na metodah s področja mrežnih znanosti. Posebna pozornost je namenjena ekstrahiranju vzorcev funkcionalne povezanosti v večceličnih sistemih, s poudarkom na populaciji celic beta v Langerhansovih otočkih, ki izločajo inzulin. Opis vzorcev medcelične povezanosti z mrežnimi metodami ne vodi le do razkritja dejstva, da odražajo mreže celic beta številne arhitekturne podobnosti z drugimi realnimi mrežami, kot so lastnost malega sveta, heterogenost in modularnost, pač pa vodi tudi do novih spoznanj med zvezo metabolne aktivnosti celic in uravnavanje njihove kolektivne dinamike. V članku je velik pomen posvečen opisu razvoja novega področja večplastnih mrež, ki izkazuje velik metodološki potencial za opis in raziskave kompleksne organizacije dinamike v tkivih, tako v fizioloških kakor tudi v patofizioloških pogojih.
COBISS.SI-ID: 512746040
Večji del trebušne slinavke je sestavljen iz ß-celic, ki izločajo inzulin, ključni hormon pri uravnavanju vstopa hranilnih snovi v vse celice vretenčarjev, ki so potrebne za presnovo, vzdrževanje ali shranjevanje energije. ß-celice medsebojno nenehno komunicirajo z uporabo neposrednih interakcij kratkega dosega preko presledkovnih stikov in parakrine signalizacije dolgega dosega. Kako te celične interakcije tvorijo kolektivno zaznavanje in odziv celic v otočkih, ki vodi do izločanja inzulina, je še neznano. Ob stimulaciji s specifičnimi ligandi, predvsem glukozo, se ß-celice kolektivno odzovejo z vrsto prehodnih sprememb koncentacije znotrajceličnega Ca2+ na več časovnih skalah. V tem delu smo ponovno analizirali skupino Ca2+ signalov izmerjenih v akutni rezini tkiva trebušne slinavke v fizioloških pogojih. Ugotovili smo obstoj močno koreliranih stanj, ki sobivajo s pretežno šibkimi parskimi korelacijami razširjenimi po celotnem otočku. Kolektivna aktivnost znotrajceličnega Ca2+ v otočku kaže intermitentne lastnosti, skaliranje amplitude konic signalov in avto-asociativne spominske lastnosti v odvisnosti od stimulusa. Za opis funkcionalne mreže kolektiva ß-celic smo uporabili preprost model spinskega stekla, ki uspešno opiše te ugotovitve. Pokazali smo, da so znotrajcelični Ca2+ signali, proizvedeni s kolektivnim zaznavanjem ß-celic, sestavni del metabolne kode, ki uravnava sproščanje insulina in omejuje velikost otočka.
COBISS.SI-ID: 21119766