Development of a software for the sensitivity analysis of a novel Zebrafish cardiac model

Abstract

[ES] El pez zebra (Danio rerio) es una especie animal que se ha convertido en un modelo ampliamente utilizado en la investigación biomédica. El principal interés de su aplicación en el estudio del sistema cardiovascular se debe a su similitud con el del ser humano, con el fin de comprender mejor la complejidad de la actividad eléctrica del corazón y aportar información valiosa para el desarrollo de terapias y tratamientos más eficaces. El potencial de acción es un fenómeno eléctrico que se produce en las células del corazón y es crucial para el bombeo rítmico y eficiente de la sangre. El estudio de cómo se generan y propagan los impulsos eléctricos en el corazón del pez zebra es de gran relevancia, ya que muchas cardiopatías en humanos están asociadas a alteraciones en esta actividad eléctrica. En el presente trabajo se ha desarrollado un programa informático para el análisis de sensibilidad del modelo computacional del corazón del pez zebra basado en el modelo de Ten Tusscher junto con datos experimentales obtenidos en tejido y no en células individuales. El análisis de sensibilidad es una herramienta para evaluar cómo cambia la respuesta del sistema (en este caso, el potencial de acción del corazón del pez zebra) ante variaciones en los parámetros que le afectan. Esto resulta especialmente útil para identificar qué variables tienen un impacto significativo en la generación y propagación del potencial de acción, y qué cambios podrían desencadenar arritmias o anomalías cardíacas. Para realizar un análisis de sensibilidad robusto, se utilizan técnicas de Monte Carlo programadas con Matlab. Estas técnicas generan una amplia gama de combinaciones aleatorias de parámetros dentro de rangos definidos y luego evalúan los resultados. Al ejecutar múltiples simulaciones con diferentes ajustes de los parámetros, se obtiene una imagen más completa de cómo interactúan entre sí y cómo influyen en el potencial de acción del corazón del pez zebra.

[EN] The zebrafish (Danio rerio) is a species of fish that has become a model organism widely used in biomedical research. The main interest of its application in the study of the cardiovascular system is due to its similarity to that of humans, in order to better understand the complexity of the heart's electrical activity and provide valuable information for the development of more effective therapies and treatments. The action potential is an electrical phenomenon that occurs in the cells of the heart and is crucial for the rhythmic and efficient pumping of blood. The study of how electrical impulses are generated and propagated in the zebrafish heart is of great relevance, as many heart diseases in humans are associated with alterations in this electrical activity. In the present work, a sensitivity analysis of the computational model of the zebrafish heart based on the Ten Tusscher model has been carried out together with experimental data obtained in tissue rather than in single cells. Sensitivity analysis is a tool for assessing how the response of the system (in this case, the action potential of the zebrafish heart) changes in response to variations in the parameters that affect it. This is especially useful for identifying which variables have a significant impact on action potential generation and propagation, and which changes might trigger arrhythmias or cardiac abnormalities. To perform a robust sensitivity analysis, Monte Carlo techniques programmed with Matlab are used. These techniques generate a wide range of random combinations of parameters within defined ranges and then evaluate the results. By running multiple simulations with different parameter settings, a more complete picture of how they interact with each other and how they influence the action potential of the zebrafish heart is obtained.