中新社深圳11月12日電 (記者 索有為)北京時(shí)間11月12日，華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院、武漢大學(xué)電子信息學(xué)院等機(jī)構(gòu)在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》(Cell)發(fā)表時(shí)空算法工具包最新研究成果。該工具包的發(fā)布標(biāo)志著時(shí)空組學(xué)研究迎來革新性突破，可全面支撐胚胎發(fā)育、腦科學(xué)、疾病等領(lǐng)域研究，為實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)空生命全景觀研究邁出極為關(guān)鍵的一步。
該國際協(xié)作團(tuán)隊(duì)借鑒物理學(xué)、地理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域的數(shù)學(xué)模型，開創(chuàng)性開發(fā)三維時(shí)空建模工具包Spateo，使空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)能夠精細(xì)地重構(gòu)器官三維結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)地量化時(shí)空動(dòng)態(tài)過程。
Spateo工具包提供多種算法選擇，具備三維重建、區(qū)域數(shù)字化、細(xì)胞間相互作用推斷、“形態(tài)計(jì)量向量場(chǎng)”以及用于交互式操作的可視化界面等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。為驗(yàn)證其性能，研究團(tuán)隊(duì)以小鼠胚胎和果蠅發(fā)育的研究為例，探索三維空間中隨時(shí)間變化的器官生態(tài)形成機(jī)制，并構(gòu)建小鼠胚胎發(fā)育的“3D分子全息圖”，證實(shí)Spateo將顯著提高人們對(duì)發(fā)育過程中器官形成的理解。
如果說以往的時(shí)空算法工具包更多的是輔助研究者觀察數(shù)據(jù)，Spateo則具備系統(tǒng)性的統(tǒng)計(jì)能力與強(qiáng)大的分析能力。更具創(chuàng)意的是，Spateo的三維重建算法在拓展到兩個(gè)甚至多個(gè)完成重建的三維胚胎的配準(zhǔn)工作時(shí)，能夠自然地捕捉跨時(shí)間點(diǎn)的細(xì)胞遷移、凋亡和分裂分化事件。該方法在細(xì)胞層面完美解決了胚胎形態(tài)發(fā)生學(xué)的關(guān)鍵問題，為后續(xù)的形態(tài)計(jì)量算法奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
此外，Spateo的應(yīng)用將助力理解多種生物系統(tǒng)問題，舉例而言，通過生成空間分辨的跨物種細(xì)胞圖譜，比較不同物種間器官的三維模型，進(jìn)而揭示組織結(jié)構(gòu)的進(jìn)化過程，如脊椎動(dòng)物的四腔心臟是如何從無脊椎動(dòng)物的單腔心臟演變而來的。(完)