深度进修模型可猜测细胞每分钟发育变更

美国麻省理工学院、密歇根大年夜学和东北大年夜学结合团队在最新《天然·办法》杂志上揭橥论文，介绍了一种名为“MultiCell”的几何深度进修模型。

该模型初次实现了在单细胞分辨率下，猜测果蝇胚胎发育过程中，每个细胞在每分钟的行动变更。将来可在此基本上设计出通用的多细胞发育猜测模型，构建“数字胚胎”，用于药物筛选甚至指导人工组织设计。

一个胚胎若何从一团细胞变成有头有尾、有器官的完全生命体，是发育生物学范畴持续百年的核心谜题。固然科学家早已知道细胞会决裂、移动、折叠，但具体到某一个细胞鄙人一分钟会有什么动态行动，却一向难以猜测。

模型采取四维全胚胎数据进行练习和测试，这些数据具有亚微米级分辨率和较高的帧率，每个胚胎包含约5000个被标注界线和细胞核的细胞。在测试中，模型不仅能断定细胞是否会产生特定行动，还能精确猜测行动产生的时光是几分钟后。

团队将这一办法与“阿尔法折叠”猜测的蛋白质构造相类比：阿尔法折叠是从氨基酸序列揣摸蛋白质三维构造，“MultiCell”则是从细胞群落的几何特点，猜测多细胞体系的自组织过程。不过，因为胚胎发育是持续演变的动态过程，后者远比前者复杂。

团队将该办法应用于果蝇早期胚胎发育的关键阶段——原肠胚形成。模型在3个胚胎视频上练习后，被用于猜测第4个新胚胎的演变过程。成果显示，模型在猜测细胞连接损掉方面的精确率约90%；在猜测细胞内陷、决裂或重排行动时，也表示了较高的精确率。

团队表示，“MultiCell”是首个能在多细胞自组装过程中，实现各类细胞行动单细胞精度猜测的算法。鉴于其可捕获细胞动力学上存在的奥妙差别，将来将助力早期诊断或药物筛选。

不过，该办法仍面对一些问题，包含数据稀缺，以及当前模型仅基于几何信息，未整合基因表达、蛋白质定位等。之后参加这些维度，有望更周全揭示物理与生物信息的互动。（科技日报）