Pesquisadores desenvolvem nova ferramenta de IA para análise rápida e precisa de tecidos para apoiar a descoberta e o diagnóstico de medicamentos
Estratégia de aumento de recursos baseada em vizinhança do BANKSY para clustering. Crédito:Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01664-3 Uma equipe de cientistas do Instituto de Genoma de Cingapura (GIS) e do Instituto de Bioinformática (BII) da A*STAR desenvolveu uma nova ferramenta de software de IA chamada "BANKSY" que reconhece automaticamente os tipos de células presentes em um tecido, como células musculares, células nervosas e células de gordura.
Indo um passo além das ferramentas convencionais de IA, que podem agrupar células em clusters se contiverem moléculas semelhantes, o BANKSY também considera o quão semelhantes são os arredores das células no tecido.
Com o BANKSY, os investigadores seriam capazes de melhorar a sua compreensão dos processos teciduais em diversas doenças de forma mais rápida e precisa, o que pode apoiar o desenvolvimento de diagnósticos e tratamentos mais eficazes para o cancro, distúrbios neurológicos e outras doenças. Esta pesquisa foi publicada no artigo "BANKSY unifica tipagem celular e segmentação de domínio de tecido para análise de dados ômicos espaciais escaláveis" na Nature Genetics .
BANKSY é especialista em identificar grupos de células sutilmente distintos em perfis moleculares espaciais gerados a partir de amostras de tecido. Além disso, BANKSY aborda o problema distinto, mas relacionado, de demarcar regiões anatômicas funcionalmente distintas em seções de tecido. Por exemplo, pode distinguir estruturas em camadas no prosencéfalo humano.
As tecnologias de perfil molecular espacial (Spatial Omics) são microscópios poderosos que permitem aos cientistas estudar tecidos detalhadamente, revelando as localizações exatas de moléculas biológicas individuais nas células, bem como a disposição das células nos tecidos.
Isto ajuda-os a compreender como as células se unem nos tecidos para desempenhar as suas funções fisiológicas normais e também como se comportam (ou se comportam mal) em doenças como o cancro, o autismo ou doenças infecciosas como a COVID-19. Esse entendimento é essencial para um diagnóstico mais preciso e um tratamento personalizado dos pacientes, bem como para a descoberta de novos medicamentos.
O BANKSY é escalável para grandes conjuntos de dados e mais rápido que os métodos espaciais existentes. Tempos de execução de BayesSpace, FICT, módulo HMRF de Giotto, GraphST, módulo de clustering espacial de MERINGUE, SpaGCN, SpiceMix, STAGATE, clustering não espacial (Seurat) e BANKSY para aumentar o número de células, até 2 milhões de células. Todos os métodos foram avaliados em uma máquina de 128 GB com 16 CPUs. Os tempos de execução são mostrados até o número máximo de células acomodadas por cada método, com um corte de 16 h. Crédito:Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01664-3
O BANKSY pode ajudar os biólogos a interpretar e extrair insights das mais recentes tecnologias Spatial Omics que surgiram nos últimos anos. Versátil, preciso, rápido e escalável, o BANKSY se destaca dos métodos existentes na análise de dados de Ómica Espacial baseados em RNA e proteínas.
Capaz de lidar com grandes conjuntos de dados de mais de dois milhões de células, o BANKSY é de 10 a 1.000 vezes mais rápido que os métodos concorrentes testados e de duas a 60 vezes mais escalável. Isto significa que o método também pode ser aplicado a outras etapas importantes do processamento de dados, como detectar e remover áreas de baixa qualidade da amostra e mesclar amostras colhidas de diferentes pacientes para análise combinada.
O BANKSY foi avaliado de forma independente e considerado o algoritmo de melhor desempenho para dados ômicos espaciais por dois estudos independentes, um dos quais concluiu que o BANKSY poderia ser uma solução poderosa para a identificação de domínios. O outro estudo testou seis algoritmos e selecionou o BANKSY como o mais preciso para a análise de seus dados.
Shyam Prabhakar, líder sênior do grupo no Laboratório de Biologia de Sistemas e Análise de Dados e Diretor Associado de Sistemas Espaciais e de Célula Única no GIS da A*STAR, disse:"Prevemos que o BANKSY será uma ferramenta revolucionária que ajuda a desbloquear o potencial das tecnologias emergentes de Ómica Espacial."
“Esperamos que isto melhore a nossa compreensão dos processos teciduais em diversas doenças, permitindo-nos desenvolver tratamentos mais eficazes para cancros, distúrbios neurológicos e muitas outras patologias”.
O professor Liu Jian Jun, diretor executivo interino do GIS da A*STAR, disse:"O trabalho no BANKSY avança nossa estratégia de combinar tecnologias de alto rendimento com software de IA robusto e escalonável para solução de problemas e identificação de pistas sobre o que pode fazer a diferença na vida dos pacientes."
Iain Tan, consultor sênior da Divisão de Oncologia Médica do National Cancer Center Singapore e cientista clínico sênior do Laboratório GIS de Genômica Aplicada do Câncer da A*STAR, disse:"Estamos usando o BANKSY para identificar as células que ajudam os tumores a crescer e se espalhar para outras partes do corpo – medicamentos direcionados a essas células podem ser uma direção promissora para o tratamento do câncer”.
