Software analisa ‘faíscas’ de cálcio que podem contribuir para arritmia

Uma equipe de pesquisadores da UC Davis e da Universidade de Oxford desenvolveu uma ferramenta inovadora: SparkMaster 2. O software de código aberto permite que os cientistas analisem automaticamente sinais normais e anormais de cálcio nas células.

O cálcio é uma molécula sinalizadora chave em todas as células, incluindo músculos como o coração. O novo software permite a análise automática de padrões distintos de liberação de cálcio nas células. Isso inclui “faíscas” de cálcio, liberações microscópicas de cálcio nas células cardíacas associadas a batimentos cardíacos irregulares, também conhecidos como arritmia.

Um artigo de pesquisa demonstrando as capacidades do SparkMaster 2 foi publicado em Pesquisa de Circulação.

Jakub Tomek, o primeiro autor do artigo de pesquisa, é Sir Henry Wellcome Fellow no Departamento de Fisiologia, Anatomia e Genética da Universidade de Oxford. Ele passou seu ano de bolsa na UC Davis, trabalhando com o ilustre professor Donald M. Bers.

“Foi ótimo apresentar o SparkMaster 2 em conferências recentes e ver a resposta entusiástica. Achei que seria uma exceção e que poucas pessoas se importariam. Mas muitas pessoas estavam entusiasmadas em ter uma nova ferramenta de análise que superasse muitas das limitações que têm. experiente com ferramentas anteriores”, disse Tomek.

Bolsa na UC Davis leva a ferramenta atualizada

Problemas com como e quando o cálcio é libertado pelas células podem ter impacto numa série de doenças, incluindo arritmia e hipertensão. Para compreender os mecanismos por detrás destas doenças, os investigadores utilizam indicadores fluorescentes de cálcio e imagens microscópicas que podem medir as alterações do cálcio a nível celular.

No entanto, os arquivos de dados resultantes são grandes e difíceis de analisar manualmente, portanto, ferramentas de análise de software personalizadas são essenciais.

No Bers Lab da UC Davis, Tomek discutiu ferramentas de análise com Christopher Y. Ko, cientista assistente do projeto. Eles identificaram a necessidade de um software melhor e mais fácil de usar, o que levou ao desenvolvimento do SparkMaster 2.

A nova ferramenta baseia-se no sucesso do SparkMaster, lançado em 2007 por Bers e Eckard Picht. Picht é um médico-cientista que trabalhou com Bers, primeiro na Loyola University Chicago e depois por alguns anos na UC Davis. Na época, não havia nenhum software gratuito e fácil de usar que pudesse analisar faíscas de cálcio – uma parte crucial de sua pesquisa – então eles desenvolveram um.

Para criar o novo software, SparkMaster 2, Tomek trabalhou com Bers, Ko, Manuel F. Navedo e Madeline Nieves-Cintron no Departamento de Farmacologia da Faculdade de Medicina da UC Davis.

Embora grande parte da nova interface se assemelhe ao SparkMaster original, eles começaram do zero para a programação. Usando Python, uma linguagem de programação de código aberto que cresceu em popularidade, eles conseguiram utilizar muitas ferramentas e bibliotecas existentes para criar os recursos exclusivos que desejavam.

Eles acabaram com um software que pode analisar faíscas de cálcio registradas usando diferentes abordagens de microscopia e de células de diferentes tecidos e camundongos geneticamente modificados. Alguns recursos principais da nova versão incluem:

• interface de usuário aprimorada
• maior precisão na identificação de eventos de liberação de cálcio do que ferramentas anteriores
• capacidade de identificar vários tipos de eventos de liberação de cálcio
• capacidade de dividir e analisar com precisão faíscas individuais dentro de clusters de faíscas

“O SparkMaster 2 é ainda mais fácil de usar e muito mais poderoso na variedade de tipos de eventos que pode analisar quantitativamente — faíscas, ondas, miniondas e latências. E tem maior precisão e sensibilidade, resultando em menos eventos perdidos e menos erros. positivos”, disse Bers.

Bers prevê que os principais usuários do software serão cientistas que estudam o cálcio nos músculos. “Mas pode ser útil para pesquisadores que estudam outros tipos de células, como os neurônios, que apresentam eventos locais de cálcio que são importantes na regulação da função celular”, disse Bers.

Ko, que é co-desenvolvedor da nova ferramenta, também está interessado nas aplicações de pesquisa mais amplas do novo software.

“Estou particularmente entusiasmado com as novas questões científicas que o SparkMaster 2 permitirá à comunidade de pesquisa biomédica responder e, por sua vez, com a capacidade de compreender de forma mais completa e precisa a biologia que fundamenta a fisiologia humana na saúde e na doença”, disse Ko.

Autores adicionais no artigo incluem Nieves-Cintron e Navedo da UC Davis. Eles foram fundamentais para demonstrar como o software pode ser usado fora da pesquisa cardíaca e em diferentes tipos de células, mostrando sua ampla gama de usos possíveis.