CytoVI объединяет анализ одноклеточных данных на основе антител

Nature Methods сообщило о CytoVI — вычислительной модели, разработанной для объединения наборов одноклеточных данных на основе антител в единую аналитическую систему. Программное обеспечение призвано решать проблемы, из-за которых результаты бывает трудно сопоставлять, включая технический шум, батч-эффекты, различия между платформами и ограниченное число антител, доступных в отдельных панелях.

CytoVI объединяет несколько аналитических задач в одной вероятностной модели. Она формирует эмбеддинги клеток, отражающие информативные закономерности в данных, оценивает измерения, которые не наблюдались, выявляет различия в экспрессии белков и поддерживает автоматическую аннотацию клеток. Модель разработана для данных, полученных с помощью таких технологий, как проточная цитометрия, масс-цитометрия и CITE-seq, которые применяются в клинической диагностике и биологических исследованиях.

Единая система для разных измерений

Одноклеточные методы на основе антител не обязательно исследуют одни и те же белки и не всегда выдают результаты в одном формате. Ограниченная панель антител может оставлять без важных измерений, тогда как технические вариации и батч-эффекты способны скрывать биологические сигналы. Различия между платформами создают дополнительные сложности, когда исследователи пытаются анализировать наборы данных вместе.

По данным Nature Methods, CytoVI использует единую статистическую систему для работы с этими источниками сложности, а не рассматривает каждый этап анализа как отдельный процесс. Эмбеддинги клеток позволяют представлять клетки с помощью закономерностей, обнаруженных среди измерений. Модель также может импутировать пропущенные значения, то есть оценивать отсутствующие измерения непосредственно в рамках анализа.

Та же система используется для проверки дифференциальной экспрессии белков и аннотации клеток. Это должно позволить исследовать различия на уровне белков и относить клетки к определённым типам или состояниям, не полагаясь на последовательность разрозненных инструментов. Подход описывается как вероятностный: это означает, что модель учитывает неопределённость в процессе анализа, а не представляет каждый результат как полностью фиксированный.

Тестирование CytoVI на развитии B-клеток

Исследователи применили модель для создания интегрированного атласа созревания B-клеток. Атлас объединяет измерения 350 белков, предоставляя CytoVI широкий набор данных для моделирования изменений в процессе развития B-клеток.

Этот анализ выявил белки, связанные с переключением классов иммуноглобулинов. В исследовании переключение классов представлено как биологический процесс, связанный с определёнными белковыми закономерностями, и модель использовалась для выявления связанных с ним белков. Результат демонстрирует, что систему можно применять не только для объединения наборов данных, но и для поиска белковых взаимосвязей внутри более широкой клеточной карты.

Атлас также служит примером анализа, который становится более сложным, когда данные поступают из разных экспериментов или с разных платформ. Благодаря размещению измерений в интегрированной модели CytoVI позволила исследовать созревание в более широком диапазоне белков, чем могла бы предоставить отдельная ограниченная панель.

Результаты анализа образцов лимфомы

CytoVI также оценили на образцах пациентов с B-клеточной неходжкинской лимфомой. Эти образцы профилировали с помощью проточной цитометрии и CITE-seq, что позволило использовать модель сразу с двумя одноклеточными технологиями на основе антител.

В этой группе пациентов анализ выявил состояния T-клеток, связанные с заболеванием. Результат показывает, что метод может обнаруживать изменения за пределами популяции B-клеток, указанной в диагнозе рака. Он также иллюстрирует применение кросс-платформенного анализа в клиническом контексте, когда измерения, выполненные с помощью разных технологий, необходимо рассматривать вместе.

Описанные варианты применения позиционируют CytoVI как инструмент и для создания атласов, и для исследования заболеваний. Его функции охватывают представление клеток, восстановление пропущенных измерений, сравнение экспрессии белков и аннотацию, тогда как вероятностная архитектура призвана учитывать неопределённость и технические вариации в рамках одной модели.

CytoVI выпущена как программное обеспечение с открытым исходным кодом на сайте scvi-tools.org. Благодаря доступности этого инструмента исследователи могут применять метод к одноклеточным данным на основе антител в собственных клинических или исследовательских анализах. Nature Methods представляет программное обеспечение как единый подход к работе с наборами данных, на которые влияют различия между платформами, батч-эффекты, шум и неполные панели антител.