Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) создали глубокую нейронную сеть, которая способна предсказывать, как клетки плодовой мушки изменяются на самых ранних этапах развития. Этот метод может оказаться полезным для изучения более сложных тканей и органов, а также для выявления ранних признаков заболеваний.
Как работает новая модель
Модель обучена с использованием видео высокой четкости, которые фиксируют развитие эмбриона плодовой мушки с разрешением на уровне отдельных клеток. Исследователи смогли с точностью до 90% предсказать, как 5000 клеток эмбриона будут складываться и перестраиваться в течение первого часа развития.
Этот начальный этап, известный как гаструляция, является критическим моментом формирования живого организма. Знание о том, как клетки взаимодействуют на этом этапе, может дать ключ к пониманию возникновения различных заболеваний.
Применение в медицине и биологии
Исследователи предполагают, что их метод может быть использован для изучения гаструляции и в других видах, таких как рыбки данио или мыши. Это позволит выявить общие закономерности развития, которые могут быть полезны в диагностике заболеваний.
Например, ткань легких у людей с астмой сильно отличается от здоровой. Новая модель может помочь выяснить, как развивается ткань, склонная к астме, и выявить различия на клеточном уровне.
Инновационный подход к моделированию
В основе модели лежит «двойная графовая» структура, которая представляет эмбрион как совокупность движущихся точек и пузырьков. Это позволяет детально моделировать геометрические свойства клеток, такие как положение ядра, и предсказывать, когда клетка будет делиться или изменять свои границы.
В будущем ученые надеются применить эту модель для изучения более сложных многоклеточных систем и даже некоторых человеческих тканей и органов. Основным ограничением на данный момент остается доступность видео данных высокого качества.
