一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法技术

本发明专利技术涉及一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法，包括如下步骤：步骤1、类器官的异质性分析：对若干原代类器官进行诱导培养及形态学区分，筛选获得各类器官相互间形态学可区分的类器官系，并观察类器官系的形态学亚型；步骤2、类器官的外部扰动处理；步骤3、明场成像及图像预处理；步骤4、采用生物学功能识别模型预测生物学功能参数：步骤5、将类器官形态学标签的添加到扰动后明场图像数据中；步骤6、关联性图谱的构建：将生物学功能参数的得分进行归一化，并进行四分位数划分，然后按顺序与形态学亚型对应，构建形态学亚型与生物学功能参数得分的关联性图谱。本发明专利技术能够揭示形态学异质性与生物学功能之间的关系，且准确性高。性高。性高。

【技术实现步骤摘要】
一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法


[0001]本专利技术属于类器官形态与功能关系的量化
，具体涉及一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法。

技术介绍

[0002]病人来源的肿瘤类器官已经可以较好的复现体内的生理相关性，并且其可以作为系统评估疾病机制和药物效力的平台。相较于传统的二维细胞系或者动物模型，病人来源的肿瘤类器官可以缩小种属差异，与此同时保有体内生理相关性和复杂性。近年来，不断工程化的肿瘤类器官正在极大地拓展我们对于肿瘤发生，进展，侵袭，和远端转移的作用机制的理解。例如，通过大规模的单细胞测序和基因编辑技术(CRISPR
–
Cas9)，肿瘤类器官分子层面的异质性已经被系统地评估。然而，通量与成本之间的折中使人们转向了基于表型的高通量筛选实验。这其中，基于图像的高通量筛选由于其内源性的单细胞分辨率，可以捕获微妙的细胞形态学变化，从而理解类器官对于外部扰动(药物扰动和基因扰动)的响应。特别的，这种基于图像的大规模表型药物筛选已经可以用来探索类器官的形态学异质性以及其与不同药物的作用机制的关联。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、类器官的异质性分析：对若干原代类器官进行诱导培养及形态学区分，筛选获得各类器官相互间形态学可区分的类器官系，并观察类器官系的形态学亚型；步骤2、类器官的外部扰动处理：对步骤1获得的类器官系中的各类器官进行外部扰动处理；步骤3、对步骤2进行外部扰动处理的类器官进行明场下Z
‑
stack成像，并进行图像预处理，获得扰动后明场图像数据；步骤4、以扰动后明场图像数据为基础，采用生物学功能识别模型预测生物学功能参数：步骤5、类器官形态学标签的添加：将步骤1中的形态学亚型作为标签添加到步骤3获得的相对应的扰动后明场图像数据中；步骤6、关联性图谱的构建：将步骤4获得的生物学功能参数的得分进行归一化，并进行四分位数划分，然后按顺序与形态学亚型对应，构建形态学亚型与生物学功能参数得分的关联性图谱。2.根据权利要求1所述的一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法，其特征在于，步骤1中，类器官的异质性分析，具体包括如下步骤：步骤1
‑
1、根据类器官的采集来源对原代类器官进行编号后，分别对若干原代类器官进行诱导培养，获得若干类器官系，其中，诱导培养过程中，每个原代类器官分别采用不同诱导培养基进行培养，获得多种不同表型的类器官，也即每个类器官系中具有多种不同表型的类器官；步骤1
‑
2、对诱导培养获得的类器官进行明场下Z
‑
stack成像，并进行图像预处理后，获得类器官的图像数据；步骤1
‑
3、基于步骤1
‑
2获得的类器官的图像数据，对所有类器官进行表型特征提取，并对提取的表型特征进行过滤处理，获得过滤后的表型特征；步骤1
‑
4、对过滤后的表型特征进行形态学区分，判断类器官系中的各类器官在形态学上是否可区分，筛选获得各类器官相互间形态学可区分的类器官系，并通过显微镜观察类器官系的形态学亚型。3.根据权利要求2所述的一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法，其特征在于，步骤1
‑
4中，对过滤后的表型特征进行形态学区分，判断类器官系中的各类器官在形态学上是否可区分，筛选获得各类器官相互间形态学可区分的类器官系，具体包括：步骤1
‑4‑
1，采用UMAP算法对过滤后的表型特征进行降维聚类，获得所有类器官表型聚类位置分布图，明确每个聚类在所有类器官表型聚类位置分布图中的聚类位置；步骤1
‑4‑
2，保持表型特征的聚类位置分布不变，按照原代类器官来源，从所有类器官的表型聚类位置分布图中提取出每个类器官系的表型组成，获得若干个独立的类器官系表型聚类位置分布图；步骤1
‑4‑
3，判断每个类器官系中的各类器官在不同聚类位置上的分布情况，若该类器官系中的各类器官分别分布于不同的聚类位置处，则认为该类器官系中的各类器官之间形态学可区分；若该类器官系中，在1个聚类位置上存在有多个类器官，则认为该聚类位置处的多个类器官之间形态学不可区分，也即该类器官系中的各类器官相互间形态学不可区
分，去除各类器官相互间形态学不可区分的类器官系，保留的各类器官相互间形态学可区分的类器官系，备用。4.根据权利要求2所述的一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法，其特征在于，步骤1
‑
3中，所述过滤处理包括如下步骤：首先移除提取的表型特征中极大或者极小的前景目标，然后对提取的所有表型特征进行box
‑
cox变换矫正偏移的特征分布，之后移除中位数绝对偏差为0的表型特征，即可获得过滤后的表型特征。5.根据权利要求2所述的一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法，其特征在于，所述类器官或原代类器官的类型包括肠类器官，肺类器官，肾类器官，肝类器官，脑类器官中的一种或几种；所述诱导培养基添加生物学活性成分；所述生物学活性成分的类型包括小分子抑制剂，重组蛋白，生长因子，激素，维生素中的一种或几种；所述生物学活性成分用于诱导类器官分化成熟，维持类器官干性，诱导形成特定的形态学亚型的表型特征中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的一种量化类器官形态学亚型与生物学功能关系的方法，其特征在于，步骤4中，所述生物学功能识别模型以类器官系中相互间形态学可区分的各类器官为基础进行外部扰动处理后构建而成，所述生物学功能识别模型包括生物学活性识别模型和/或...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锴，于文龙，顾忠泽，
申请(专利权)人：江苏运动健康研究院，
类型：发明
国别省市：