Inteligência artificial cria atlas celular unificado para estudos avançados

A ferramenta computacional SpaMosaic representa um avanço significativo na integração de dados espaciais fragmentados para a criação de atlas celulares unificados.

Ela foi desenvolvida por uma equipe de cientistas que utilizam aprendizado contrastivo e redes neurais gráficas para alinhar e combinar diferentes camadas moleculares de dados. O professor assistente de neurologia da Universidade Northwestern David Gate atuou como coautor do estudo publicado na revista Nature Genetics.

Gate explicou que as limitações atuais impedem a aquisição simultânea de todas as camadas moleculares em um único experimento devido a custos e complexidades técnicas. As tecnologias de multiômica espacial são fundamentais para compreender órgãos complexos como o cérebro e tecidos imunológicos com alta resolução espacial.

Os altos custos e desafios técnicos resultam em conjuntos de dados fragmentados que apresentam efeitos de lote e lacunas significativas. O SpaMosaic supera essas limitações ao integrar informações de RNA, proteínas, acessibilidade à cromatina e modificações de histonas, mesmo quando os conjuntos capturam apenas subconjuntos dessas características.

A ferramenta se destacou em testes comparativos, superando métodos tradicionais em dados simulados e reais de desenvolvimento cerebral de camundongos e tecidos imunológicos humanos. Uma de suas capacidades mais inovadoras é a habilidade de prever camadas moleculares ausentes nos conjuntos de dados originais.

Em experimentos com o cérebro de camundongos, a ferramenta inferiu padrões de modificação de histonas onde apenas dados transcriptômicos estavam disponíveis. Gate observou que essas inferências revelaram conexões mais fortes entre atividade gênica e regulação epigenética do que os dados cromatínicos medidos diretamente.

O impacto potencial é particularmente relevante para a neurociência, ao permitir atlas multiômicos mais detalhados sobre desenvolvimento cerebral, neuroinflamação e condições como Alzheimer e esclerose lateral amiotrófica. A ferramenta democratiza ainda o acesso a análises complexas ao reduzir a necessidade de experimentos multimodais dispendiosos.

Os próximos passos envolvem a expansão da capacidade do SpaMosaic para processar conjuntos de dados maiores e a validação adicional de suas previsões moleculares. O projeto demonstra o poder da colaboração entre inovadores computacionais e biólogos experimentais, conforme detalhado no Phys.org.

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