Spatial Survival Models for Analysis of Exocytotic Events on Human beta-cells Recorded by TIRF Imaging

Nelle cellule beta, l'esocitosi è uno dei processi cellulari fondamentali che rilascia nel sangue granuli secretori contenenti insulina, i quali attraversano la membrana del plasma quando sono sotto stimolo. Lo studio del tempo di vita dei granuli ssati alla membrana, prima del loro distacco, il tasso di esocitosi dei granuli e di altri eventi correlati, e la loro correlazione spaziale all'interno delle cellule, sono aspetti di grande interesse per i ricercatori nel campo biomedico, poiche sono strettamente collegati alle disfunzioni del livello di insulina nel sangue. I dati consistono in un insieme di immagini di tipo TIRF registrate nel tempo su 8 cellule beta umane, le quali contengono molte informazioni sull'andamento e sulla posizione dei granuli, oltre che sui livelli di alcune proteine, come per esempio la sintassina. Uno degli scopi principali della tesi è quello di studiare la relazione tra il tasso degli eventi di scomparsa dei granuli dalla membrana e i livelli della sintassina, tenendo conto della correlazione spaziale tra i granuli all'interno di ciascuna cellula. Per rispondere al problema biologico sotto studio, nella tesi è stato proposto un nuovo modello semiparametrico, un modello spaziale gerarchico di sopravvivenza ad effetti misti ("frailty") per dati raggruppati in clusters, dove la funzione hazard di riferimento è stimata nonparametricamente ed è assunta una distribuzione multivariata Normale per il vettore degli effetti casuali individuali. La struttura dei clusters e la correlazione spaziale tra le unità statistiche, sono modellati tramite la matrice di varianza e covarianza degli effetti casuali. Inizialmente, la tesi ha esteso il metodo della verosimiglianza parziale penalizzata ed il metodo EM Monte-Carlo, adattandoli all'inferenza per il modello spaziale di sopravvivenza proposto. In seguito, per tale modello, è stato presentato un nuovo approccio inferenziale, il quale si basa sulla verosimiglianza a coppie, l'algoritmo EM e l'approssimazione basata sull'integrazione numerica. Sono stati condotti studi di simulazione per confrontare il comportamento dei tre approcci inferenziali, e sono stati discussi i vantaggi e gli svantaggi di ciascun approccio. Infine, il modello ed i metodi proposti sono stati applicati ai dati sull'esocitosi ed è stata fornita una possibile interpretazione biologica del fenomeno.