[所屬分類:行業(yè)動(dòng)態(tài)] [發(fā)布時(shí)間:2025-7-3] [發(fā)布人:楊曉燕] [閱讀次數(shù):] [返回]

創(chuàng)新算法助力腫瘤精準(zhǔn)治療研究與臨床應(yīng)用
作者：刁雯蕙     來源：中國科學(xué)報(bào)
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在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，空間多組學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展為疾病診斷和治療帶來了前所未有的機(jī)遇�？臻g轉(zhuǎn)錄組技術(shù)能夠精確繪制組織中基因表達(dá)的空間圖譜，揭示腫瘤異質(zhì)性等關(guān)鍵特征；數(shù)字病理圖像分析則提供了組織形態(tài)學(xué)的全景視角，為疾病診斷提供金標(biāo)準(zhǔn)。然而，這些多模態(tài)數(shù)據(jù)間存在尺度差異和復(fù)雜關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)分析方法難以充分挖掘其協(xié)同價(jià)值。
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，西南華大生命科學(xué)研究院的研究團(tuán)隊(duì)與合作者在《生物信息學(xué)簡(jiǎn)報(bào)》聯(lián)合發(fā)表研究論文，提出了一種名為StereoMM的創(chuàng)新算法。該方法通過深度學(xué)習(xí)框架開創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與病理特征的融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間域的精確識(shí)別，并在患者分類任務(wù)中展現(xiàn)出良好的判別性能。這一進(jìn)展有望為腫瘤精準(zhǔn)治療等醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域帶來新的可能性。
基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，StereoMM的核心框架由兩個(gè)主要模塊構(gòu)成：交叉注意力模塊和變分圖自編碼器模塊。交叉注意力模塊通過考慮空間遠(yuǎn)距離關(guān)系，能夠捕捉不同模態(tài)間的長距離相似性，這對(duì)于識(shí)別非相鄰但具有重要影響的模式和相互作用具有關(guān)鍵意義；變分圖自編碼器模塊則用于整合空間位置信息與多模態(tài)數(shù)據(jù)，并在自監(jiān)督模式下訓(xùn)練，無需依賴標(biāo)注數(shù)據(jù)。
該算法整體不僅考慮了空間近鄰關(guān)系，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離多模態(tài)特征的交互融合。最終生成的低維多模態(tài)特征表示綜合了基因表達(dá)、細(xì)胞形態(tài)和空間位置信息，能夠全面表征細(xì)胞組織特性，揭示復(fù)雜生物學(xué)功能，并支持后續(xù)臨床分析，包括患者精準(zhǔn)分類等。
研究團(tuán)隊(duì)通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，在肺癌、乳腺癌和結(jié)直腸癌等不同類型的癌癥樣本中，StereoMM能夠準(zhǔn)確識(shí)別出與病理注釋高度一致的空間域，還能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)方法可能遺漏的腫瘤區(qū)域；在結(jié)直腸癌樣本中，StereoMM識(shí)別出了一些延伸到基質(zhì)區(qū)域的腫瘤區(qū)域，這些區(qū)域在細(xì)胞形態(tài)和基因表達(dá)上與周圍基質(zhì)有顯著差異。通過對(duì)這些區(qū)域的基因表達(dá)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了與腫瘤侵襲和免疫抑制相關(guān)的基因表達(dá)模式。
在臨床應(yīng)用方面，研究團(tuán)隊(duì)利用StereoMM對(duì)結(jié)直腸癌患者進(jìn)行分類，成功區(qū)分了錯(cuò)配修復(fù)缺陷和錯(cuò)配修復(fù)正常的患者。結(jié)果表明這種基于多模態(tài)數(shù)據(jù)的患者分類方法，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供了新的工具。通過構(gòu)建患者級(jí)別的圖表示，StereoMM能夠?qū)⒔M織水平的微環(huán)境關(guān)系整合為一個(gè)全面的患者表示，提高患者分類的準(zhǔn)確性，為臨床提供更合理有效的治療方案。
文章第一作者、西南華大生命科學(xué)研究院助理研究員羅冰瑩表示：“本次開發(fā)的新算法借助空間轉(zhuǎn)錄組信息和病理學(xué)圖像信息，在解析腫瘤進(jìn)展、微環(huán)境挖掘和患者分型上取得了初步成效，標(biāo)志著多模態(tài)數(shù)據(jù)整合技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)步。隨著空間組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，接下來StereoMM有望在更多的疾病研究和治療中發(fā)揮重要作用�！� 
相關(guān)論文信息：https://academic.oup.com/bib/article/26/3/bbaf210/8142327
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