自发搏动心脏起搏细胞中局部 Ca2+ 释放的自动检测与分析计算机算法
亚细胞过程
2017-11-01 v1 定量方法
摘要
局部钙释放（LCRs）是参与心脏起搏细胞功能的关键事件。然而，在活体自发搏动的起搏细胞中，尚未开发出用于 LCR 自动检测与分析的专用算法。本文中，我们使用高速二维相机在分离自兔和豚鼠的自发收缩窦房结（SA）细胞中测量 LCR，并开发了一种能够在二维空间和时间上检测与分析 LCR 的新算法。我们的算法沿收缩细胞的中线跟踪点，将这些点用作仿射变换的坐标系，生成细胞不发生收缩的变换后图像序列。随后，通过应用一系列空间滤波器，从记录噪声中分离出动作电位诱导的钙瞬变和 LCR。LCR 的出生和死亡事件通过差分（帧间）灵敏度算法检测。当 LCR 的信号在足够大的区域内变化足够快时即被检测到。当其特征幅度显著衰减，或并入上升的整个细胞钙瞬变时，认为 LCR 已消亡。我们的算法提供 LCR 的主要参数，如周期、信号质量、持续时间和路径面积。由于 LCR 在细胞内传播，该算法识别分裂与合并行为，表明钙诱导的钙释放对于 LCR 的命运及产生强大的整体钙信号具有重要意义。因此，我们的新计算机算法消除了运动伪影，并从记录噪声和全局信号中检测出二维局部时空钙释放事件。虽然这些算法检测窦房结细胞中的 LCR，但它们有潜力用于生物物理学和细胞生理学中的其他应用，例如检测肌细胞中的钙小波（流产波）、火花和余烬，以及神经元中的钙喷发和 syntillas。
引用
@article{arxiv.1705.02168,
title = {Computer Algorithms for Automated Detection and Analysis of Local Ca2+ Releases in Spontaneously Beating Cardiac Pacemaker Cells},
author = {Alexander V. Maltsev and Sean P. Parsons and Mary S. Kim and Kenta Tsutsui and Michael D. Stern and Edward G Lakatta and Victor A. Maltsev and Oliver Monfredi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1705.02168},
year = {2017}
}
备注
43 pages, 7 figures, 2 tables, 5 videos (with web links)