🌟 产品介绍
深圳华大生命科学研究院联合基因组多维解析技术全国重点实验室,于2025年7月推出全球首个基于深度学习的空间转录组多任务分析工具——SpaSEG。这项突破性成果发表于国际顶级期刊《Genome Biology》,被学界称为“生命组织的卫星地图解码器” 。
传统空间转录组技术虽能捕获基因表达的空间位置信息,但面临数据量爆炸(单样本超52万数据点)、平台兼容性差(Visium/Stereo-seq等平台数据格式不一)、分析效率低三大瓶颈。SpaSEG通过卷积神经网络(CNN)的图像化处理技术,将基因表达数据转化为“空间图谱”,实现一键式多任务分析,彻底改变研究范式 。
🧑 适用人群
用户群体 | 典型应用场景 |
---|---|
生物医学研究者 | 肿瘤微环境解析、胚胎发育机制研究 |
临床病理医生 | 癌症异质性诊断、病理切片3D重建 |
药物研发团队 | 靶点基因定位、细胞互作网络分析 |
⚙️ 核心功能与技术原理
功能模块 | 技术实现原理 | 应用价值 |
---|---|---|
跨平台结构域识别 | 将基因表达数据转为类图像张量,通过CNN边界优化算法识别连续空间域 | 兼容Stereo-seq/Visium等平台,精度提升30% |
超大规模数据处理 | 无监督双损失函数设计(交叉熵+边界强度损失),支持GPU并行计算 | 52万数据点处理速度比Leiden快2.5倍 |
多切片3D重建 | 基于空间坐标与表达模式的对齐算法,无需额外配准工具 | 小鼠嗅球解剖结构对齐精度提升20%-30% |
空间可变基因检测 | 结合主成分分析(PCA)与差异表达模型 | 小鼠胚胎中发现252个功能基因 |
细胞互作网络解析 | 整合配体-受体数据库(如CellPhoneDB),量化共定位信号强度 | 揭示乳腺癌免疫逃逸机制 |
💡 技术突破点:首次将图像分割理念引入空间转录组,用CNN处理非结构化空间数据,解决传统聚类方法导致的“结构域碎片化”问题 。
🛠️ 工具使用技巧
数据预处理优化
- 对Stereo-seq数据建议采用
Bin50
分辨率(平衡精度与速度) - 使用
z-score标准化
消除平台间表达量差异
- 对Stereo-seq数据建议采用
多任务串联策略
推荐工作流:
结构域识别 → 空间基因筛选 → 切片整合 → 细胞互作推断
例如乳腺癌研究中,先划分肿瘤-免疫边界,再定位PD-1/PD-L1表达热点 。3D建模避坑指南
- 相邻切片重叠区域需≥15%,否则影响配准精度
- 使用
Stereopy
内置可视化工具验证空间对齐效果
资源节省技巧
- 超大规模数据(>20万点)启用
batch_size=512
参数 - 优先选择
FP16
半精度计算模式
- 超大规模数据(>20万点)启用
🔗 访问地址
- 工具集成平台:华大Stereo-seq官方分析套件 Stereopy
https://stereopy.readthedocs.io/en/v1.6.0/Tutorials(Multi-sample/SpaSEG.html) - 开源代码库:
GitHub源码(Python/PyTorch):github.com/BGIResearch/SpaSEG
- 示例数据集:
人类乳腺癌10x Visium数据、小鼠胚胎Stereo-seq数据
🌈 空间转录组技术正从“看见基因”走向“理解生命”。SpaSEG这类AI工具的出现,让科学家离破解细胞社交密码又近了一步!无论是探索肿瘤微环境的“暗黑森林”,还是追踪胚胎发育的“生命地图”,这台基因定位仪都将成为不可或缺的导航设备。
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