科技日?qǐng)?bào)記者 羅云鵬
記者12日從華大生命科學(xué)研究院獲悉，該院聯(lián)合斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院、武漢大學(xué)電子信息學(xué)院等機(jī)構(gòu)科研人員，借鑒多個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域數(shù)學(xué)模型，開發(fā)出三維時(shí)空建模工具包Spateo，可支撐胚胎發(fā)育、腦科學(xué)、疾病等領(lǐng)域研究。相關(guān)研究成果于11日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上。
“與其他方法不同，Spateo不會(huì)僅將生物系統(tǒng)視為單個(gè)細(xì)胞，而是會(huì)將其視為一個(gè)相互連接的整體，這在揭示先天性疾病背后的分子機(jī)制方面具有巨大的潛力?！彼固垢４髮W(xué)醫(yī)學(xué)院教授邱肖杰說。
據(jù)悉，Spateo工具包提供多種算法選擇，具備三維重建、區(qū)域數(shù)字化、細(xì)胞間相互作用推斷、形態(tài)計(jì)量向量場(chǎng)以及用于交互式操作的可視化界面等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
為驗(yàn)證其性能，研究團(tuán)隊(duì)以小鼠胚胎和果蠅發(fā)育的研究為例，探索出三維空間中隨時(shí)間變化的器官生態(tài)形成機(jī)制，并構(gòu)建起小鼠胚胎發(fā)育的“3D分子全息圖”。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)采用多個(gè)空間組學(xué)數(shù)據(jù)集對(duì)Spateo進(jìn)行驗(yàn)證，包括小鼠腦、人類淋巴瘤、猴腦和小鼠胚胎。
結(jié)果顯示，Spateo在準(zhǔn)確性、計(jì)算速度、內(nèi)存消耗、可重建的切片間距和可處理的細(xì)胞數(shù)量等方面均優(yōu)于目前國際主流重建算法。
此外，Spateo的三維重建算法，在拓展到兩個(gè)甚至多個(gè)完成重建的三維胚胎的配準(zhǔn)工作時(shí)，能夠自然地捕捉跨時(shí)間點(diǎn)的細(xì)胞遷移、凋亡和分裂分化事件，在細(xì)胞層面解決了胚胎形態(tài)發(fā)生學(xué)的關(guān)鍵問題。
華大生命科學(xué)研究院博士白寅琪表示，Spateo工具包已開源，兼容目前包括華大時(shí)空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq在內(nèi)所有的空間組學(xué)技術(shù)。
