中新社深圳11月12日電 (記者 索有為)北京時間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)院等機構(gòu)在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細胞》(Cell)發(fā)表時空算法工具包最新研究成果。該工具包的發(fā)布標志著時空組學(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，為實現(xiàn)高精度時空生命全景觀研究邁出極為關(guān)鍵的一步。
該國際協(xié)作團隊借鑒物理學(xué)、地理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等多個跨學(xué)科領(lǐng)域的數(shù)學(xué)模型，開創(chuàng)性開發(fā)三維時空建模工具包Spateo，使空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)能夠精細地重構(gòu)器官三維結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)地量化時空動態(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、細胞間相互作用推斷、“形態(tài)計量向量場”以及用于交互式操作的可視化界面等獨特優(yōu)勢。為驗證其性能，研究團隊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間變化的器官生態(tài)形成機制，并構(gòu)建小鼠胚胎發(fā)育的“3D分子全息圖”，證實Spateo將顯著提高人們對發(fā)育過程中器官形成的理解。
如果說以往的時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)計能力與強大的分析能力。更具創(chuàng)意的是，Spateo的三維重建算法在拓展到兩個甚至多個完成重建的三維胚胎的配準工作時，能夠自然地捕捉跨時間點的細胞遷移、凋亡和分裂分化事件。該方法在細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)計量算法奠定堅實基礎(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胞圖譜，比較不同物種間器官的三維模型，進而揭示組織結(jié)構(gòu)的進化過程，如脊椎動物的四腔心臟是如何從無脊椎動物的單腔心臟演變而來的。(完)