MultiCell: Geometrisches Deep Learning zur Vorhersage einzelzelliger Zellverhaltensnetzwerke

Key Takeaway

MultiCell verwendet geometrisches Deep Learning auf einem einheitlichen Graphen, um Zellinteraktionen und Zellverbindungsnetzwerke im Embryo‑Entwicklungsprozess präzise zu modellieren und so das zukünftige Verhalten einzelner Zellen vorzutäuschen.

Zusammenfassung

• Problemstellung: In Embryogenese und anderen Entwicklungsprozessen ist es schwierig, das Verhalten jeder einzelnen Zelle im Laufe der Zeit exakt vorherzusagen.
• Lösung: MultiCell kombiniert geometrisches Deep Learning mit einer Graphdatenstruktur, die sowohl granulare als auch schaumartige physikalische Darstellungen von Zellen unterstützt.
• Aufbau:
  • Repräsentation von Zellen und Zelljunctionen in einem gemeinsamen Graphen.
  • Ermöglicht Interpretation von vierdimensionalen morphologischen Sequenzen (3D + Zeit).
  • Modell kann Zellverhalten auf einzelzelliger Ebene vorhersagen, bevor diese Ereignisse stattfinden.
• Methoden:
  • Utilisierung von neuronalen Aktivierungs‑Maps und Model‑Ablation‑Studien.
  • Nachweis, dass Zellgeometrie und Zelljunction‑Netzwerke entscheidende Features sind.
• Anwendungsbeispiel: Vorhersage des Zellverhaltens in Drosophila‑Embryogenesis mit einzelzelliger Auflösung.
• Bedeutung: Eröffnet einen daten‑gestützten Ansatz für quantitative Studien dynamischer multicellulärer Entwicklungsprozesse.
• Daten & Code:
  • Datensatz: 95 Source‑Data‑Files, archiviert bei Zenodo (DOI 10.5281/zenodo.17605530).
  • Codebasis: öffentlich auf GitHub unter https://github.com/HaiqianYang-MechE/MultiCell.
• Publikation:
  • Nature Methods, 15. Dezember 2025, DOI 10.1038/s41592-025-02983-x.
  • Autor:innen: Haiqian Yang, George Roy, Anh Q. Nguyen, Dapeng Bi, Tomer Stern, Markus J. Buehler, Ming Guo.

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1. Wie werden Zellverbindungsnetze in MultiCell als Feature genutzt?
2. Welche Vorteile bietet die graphbasierte Darstellung für die Vorhersage einzelzelliger Verhaltensweisen?
3. Wie kann MultiCell zur Erstellung eines morphodynamischen Atlanten beitragen?

Quelle: https://www.nature.com/articles/s41592-025-02983-x