Искусственный интеллект раскрывает скрытые особенности модели развивающегося эмбриона

Ученые стремятся зафиксировать первые дни формирования человека, воссоздавая эти ранние моменты в лаборатории с помощью моделей из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (IPSCs).

Создание реалистичных трехмерных моделей эмбрионов было первой задачей; следующей — их изучение, чтобы понять, что происходит по мере развития эмбриона.

Работа лаборатории Цзяньпина Фу (Jianping Fu, Ph.D.) из Мичиганского университета использует искусственный интеллект (ИИ), чтобы выявить скрытые особенности этого процесса.

Экспериментальные системы, подобные той, которую Фу и его команда разработали в 2017 году, сложно изучать из-за их гетерогенности — наличия множества различных и случайных признаков.

Традиционно один из способов преодолеть это — исследовать образцы в определенные моменты времени и усреднить их изменения.

Бывший аспирант Фу, Кэцзе Чэнь (Kejie Chen, Ph.D.), предложил использовать ИИ для анализа данных культуры. Вдохновением послужили работы по применению нейросетевых моделей для изучения динамики роста растений.

Команда применила нейронные сети ИИ к тысячам изображений, полученных с помощью конфокальной флуоресцентной микроскопии в конкретные моменты времени. Изображения фиксировали размер и форму тканей, а также окрашенные белковые маркеры.

ИИ способен обнаруживать особенности и данные об экспрессии белковых маркеров, чтобы определить рост тканей и дифференцировку клеток во время развития человека.

В частности, инструмент ИИ позволил лучше понять бифуркацию — различные точки принятия решений в ходе развития, когда стволовые клетки дифференцируются в разные типы клеток.

Этот инструмент имеет серьезные последствия для будущих исследований, включая применение для высокопроизводительного скрининга и лучшее понимание того, как может нарушаться ранний процесс развития.

В долгосрочной перспективе ИИ может даже использоваться для генерации искусственных, но реалистичных изображений эмбриоидов, чтобы объективно понять, как человеческий эмбрион будет развиваться в различных условиях.