Ett team av forskare från A*STARs Genome Institute of Singapore (GIS) och Bioinformatics Institute (BII) har utvecklat ett nytt AI-mjukvaruverktyg kallat "BANKSY" som automatiskt känner igen celltyperna som finns i en vävnad, såsom muskelceller, nervceller och fettceller.
För att gå ett steg längre än konventionella AI-verktyg, som kan gruppera celler i kluster om de innehåller liknande molekyler, tar BANKSY också hänsyn till hur lika cellernas omgivning i vävnaden är.
Med BANKSY skulle forskare kunna förbättra sin förståelse av vävnadsprocesser i olika sjukdomar snabbare och mer exakt, vilket kan stödja utvecklingen av effektivare diagnostik och behandlingar för cancer, neurologiska sjukdomar och andra sjukdomar. Denna forskning publicerades i artikeln "BANKSY förenar celltypning och vävnadsdomänsegmentering för skalbar spatial omics dataanalys" i Nature Genetics .
BANKSY är skicklig på att identifiera subtilt distinkta cellgrupper i rumsliga molekylära profiler genererade från vävnadsprover. Dessutom tar BANKSY upp det distinkta men relaterade problemet med att avgränsa funktionellt distinkta anatomiska regioner i vävnadssnitt. Till exempel kan den urskilja skiktade strukturer i den mänskliga framhjärnan.
Teknologier för spatial molekylär profilering (Spatial Omics) är kraftfulla mikroskop som gör det möjligt för forskare att studera vävnader i detalj genom att avslöja de exakta platserna för enskilda biologiska molekyler i celler, såväl som arrangemanget av celler i vävnader.
Detta hjälper dem att förstå hur celler samlas i vävnader för att utföra sina normala fysiologiska funktioner och även hur de beter sig (eller missköter sig) vid sjukdomar som cancer, autism eller infektionssjukdomar som COVID-19. Denna förståelse är avgörande för mer exakt diagnos och skräddarsydd behandling av patienter, såväl som upptäckten av nya läkemedel.
BANKSY kan hjälpa biologer att tolka och extrahera insikter från de senaste Spatial Omics-teknologierna som har dykt upp under de senaste åren. Mångsidig, exakt, snabb och skalbar, BANKSY skiljer sig från befintliga metoder för att analysera både RNA och proteinbaserad Spatial Omics-data.
BANKSY kan hantera stora datamängder med över två miljoner celler och är 10 till 1 000 gånger snabbare än konkurrerande metoder som testades och två till 60 gånger mer skalbar. Detta innebär att metoden även kan tillämpas på andra viktiga databearbetningssteg, såsom att upptäcka och ta bort områden med dålig kvalitet på provet och slå samman prover tagna från olika patienter för kombinerad analys.
BANKSY har självständigt benchmarkats och befunnits vara den bäst presterande algoritmen för rumslig omikdata av två oberoende studier, varav en drog slutsatsen att BANKSY kan vara en kraftfull lösning för identifiering av domäner. Den andra studien testade sex algoritmer och valde BANKSY som den mest exakta för sin dataanalys.
Dr. Shyam Prabhakar, Senior Group Leader vid Laboratory of Systems Biology and Data Analytics och Associate Director of Spatial and Single Cell Systems vid A*STARs GIS, sa:"Vi förväntar oss att BANKSY kommer att vara ett spelförändrande verktyg som hjälper till att låsa upp potentialen hos framväxande Spatial Omics-teknologier."
"Detta kommer förhoppningsvis att förbättra vår förståelse av vävnadsprocesser i olika sjukdomar, vilket gör att vi kan utveckla mer effektiva behandlingar för cancer, neurologiska störningar och många andra patologier."
Professor Liu Jian Jun, tillförordnad verkställande direktör vid A*STARs GIS, sa:"Arbetet med BANKSY främjar vår strategi att kombinera högkapacitetsteknologier med skalbar, robust AI-mjukvara för problemlösning och identifiera ledtrådar till vad som kan göra skillnad i patienters liv."
Dr. Iain Tan, seniorkonsult, avdelningen för medicinsk onkologi vid National Cancer Center Singapore och Senior Clinician Scientist vid A*STARs GIS Laboratory of Applied Cancer Genomics, sa:"Vi använder BANKSY för att identifiera cellerna som hjälper tumörer att växa och spridas till andra delar av kroppen – droger som riktar in sig på sådana celler kan vara en lovande riktning för cancerbehandling."
Mer information: Vipul Singhal et al, BANKSY förenar celltypning och vävnadsdomänsegmentering för skalbar rumslig omikdataanalys, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01664-3
Journalinformation: Naturgenetik
Tillhandahålls av Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapore
