ИИ раскрывает скрытые особенности модели развивающегося эмбриона

от

Учёные пытаются воссоздать в лаборатории первые моменты развития человека с помощью моделей, созданных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК).

Плюрипотентные стволовые клетки — это клетки, которым с помощью определённых манипуляций возвращена возможность становиться любыми клетками организма, подобно стволовым клеткам в развивающемся эмбрионе.

Создание трёхмерных реалистичных моделей эмбрионов стало первым препятствием, следующим шагом стало их изучение, чтобы выяснить, что происходит в процессе развития эмбриона.

В статье лаборатории д-ра Цзяньпина Фу из Медицинской школы Мичиганского университета используется искусственный интеллект (ИИ), чтобы обнаружить скрытые особенности этого процесса.

Экспериментальные системы, подобные той, которую Фу и его команда разработали в 2017 году, сложны для изучения из-за своей неоднородности. Это означает, что в них много разных и случайных характеристик.

«Мы видим очень разные типы клеток и структуры в культуре, поэтому бывает сложно понять, что мы видим», — говорит Фу.

Традиционно один из способов преодолеть это — изучить образцы в определённые моменты времени и усреднить данные об их изменениях.

Бывший аспирант Фу, доктор Кейцзе Чен, предложил использовать ИИ для анализа данных о культуре.

«Я случайно увидел несколько статей об использовании моделей ИИ (например, физических нейронных сетей) для анализа изображений растений. Эти статьи показали многообещающие результаты о том, как применять модели нейронных сетей для изучения динамики роста растений и факторов, вызывающих известные болезни растений. Вдохновлённый этими работами, я сразу подумал, что должен попробовать эти методы в своём исследовании», — сказал Чен.

Чен — первый автор статьи, описывающей результаты в журнале Science Advances.

«Самые важные особенности развития часто могут быть скрыты из-за того, что [модель] настолько неоднородна, а то, что вы ищете, встроено в эту неоднородность», — добавил Фу.

Команда применила нейронные сети ИИ к тысячам изображений, собранных с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии в определённые моменты времени.

Изображения фиксируют размер и форму тканей, а также окрашенные белковые маркеры в каждой ткани.

ИИ способен обнаруживать особенности и данные об экспрессии белковых маркеров, чтобы определить рост тканей и дифференциацию клеток в процессе развития человека, говорит Фу.

«Инструменты ИИ очень мощные и могут извлекать тонкие особенности, которые часто могут быть упущены человеческим глазом», — добавил он.

В частности, инструмент ИИ предоставил более чёткое понимание бифуркации — различных точек принятия решений в процессе развития, в которых стволовые клетки дифференцируются в разные типы клеток.

Инструмент имеет мощные возможности для будущих исследований, включая приложения для высокопроизводительного скрининга и лучшего понимания того, как может нарушиться процесс раннего развития, говорит Фу.

В долгосрочной перспективе, по словам Фу, ИИ можно будет использовать для создания искусственных, но реалистичных изображений эмбриоидов, чтобы понять, как человеческий эмбрион будет развиваться в разных условиях.

Предоставлено Университетом Мичигана.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте