Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Макиевская Кьяра Игоревна (НС235)

ФББ МГУ

2023 г.

Курс «Нейронные сети и их применение в научных исследованиях»

Кетогенная диета и кетоновые тела

Диета с высоким содержанием жиров, нормальным содержанием белков и очень низким содержанием углеводов.

Приводит к сдвигу от метаболизма глюкозы к метаболизму жирных кислот с образованием кетоновых тел.

​

​

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

​

Кетоновые тела - перспективное терапевтическое средство при ишемии

​

​

В 2019 г. от сердечно-сосудистых заболеваний умерло почти 18 миллионов человек, 85% из них умерли от сердечного приступа или инсульта.

Некоторые исследования указывают на эффективность кетогенной диеты и кетоновых тел при ишемии мозга, почек, сердца, глаз, печени.

​

​

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Митохондриальная пора, вызывающая переход мембраны митохондрий в состояние высокой проницаемости, mPTP

mPTP - неспецифический канал, который при открытии вызывает увеличение проницаемости внутренней митохондриальной мембраны для ионов и небольших растворенных веществ.

​

​

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Циклоспорин А

? BHB

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

BHB - 3-гидроксибутират, кетоновое тело

​

​

Экспериментальная модель

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Экспериментальная модель

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Анализ индивидуальных митохондрий

Предобработка данных

Покадровая сегментация митохондрий с помощью MitoSegNet

Трекинг с помощью STracking

Анализ полученных данных

(scikit-image и др.)

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

MitoSegNet

1. Модификация U-Net
2. Train data - 12 изображений + ground truth. Каждое изображение разделено на 4 перекрывающихся плитки. 3 набора плиток (raw, ground truth и карты весов) -> аугментация 80 раз -> увеличение размера тренировочной выборки до 3840 плиток. Перед обучением эти данные разбивались на train (80%) и validation (20%). Одна картинка откладывалась для теста.

​

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

MitoSegNet

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

MitoSegNet

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Количество обнаруженных индивидуальных митохондрий на первом кадре

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Распределение площадей индивидуальных митохондрий

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Эксцентриситет индивидуальных митохондрий

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Распределение интенсивности флуоресценции TMRE в индивидуальных митохондриях

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Детекция открытия поры

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Время открытия митохондриальной поры в индивидуальных митохондриях

Анализ влияния кетоновых тел на толерантность клеток почки к окислительному стрессу с применением методов искусственного интеллекта

Основные результаты и выводы

1. Был разработан подход, основанный на конфокальной микроскопии и алгоритмах компьютерного зрения, позволяющий анализировать такие характеристики индивидуальных митохондрий, как площадь, эксцентриситет, интенсивность флуоресценции TMRE, время открытия митохондриальной поры.
2. Преинкубация клеток эпителия почек крысы с 5 мМ BHB привела к уменьшению на 5 секунд медианного времени открытия митохондриальных пор и повышению медианной интенсивности флуоресценции TMRE на 12%. BHB не оказал влияния на морфологию митохондрий.

​

​