Получен евразийский патент на изобретение «Способ полуавтоматического получения изображений и анализа морфологических характеристик респираторных органоидов с использованием машинного обучения и его применение»

Алгоритм позволяет автоматически получать и анализировать изображения респираторных органоидов – трёхмерных клеточных моделей, широко применяемых для изучения муковисцидоза, ХОБЛ, идиопатического лёгочного фиброза и других заболеваний дыхательных путей. Актуальность разработки определяется тем, что высокопроизводительный анализ органоидов требует обработки сотен и тысяч изображений, а ручной анализ значительно замедляет работу.

«Ручной анализ изображений органоидов — это долгий и трудоёмкий процесс. Кроме того, учёный может привносить свои субъективные суждения в оценку результатов, особенно когда речь идёт о сотнях снимков с одного эксперимента. Мы разработали алгоритм, который берёт на себя всю рутинную работу — от формирования целостных изображений до финального анализа. При этом алгоритм впервые позволяет проводить форсколиновый тест – ключевой метод оценки функции CFTR-канала при муковисцидозе – на респираторных органоидах без красителей. Это сокращает время и стоимость исследования, а также снижает цитотоксическое воздействие на клетки», — отметила ведущий научный сотрудник лаборатории редактирования генома Медико-генетического научного центра имени академика Н. П. Бочкова Анна Григорьевна Демченко.

Новизна способа состоит в комплексной автоматизации всего процесса — от получения изображений до финальной оценки. Алгоритм на основе нейросети архитектуры U-Net впервые обеспечивает полное сканирование лунки культурального планшета по трём осям. Изображения объединяются из шести полей зрения с 10 уровнями фокуса, формируя единую панораму без потери данных. Такой подход позволил повысить точность сегментации органоидов до 88,6% по метрике IoU, что заметно выше показателей известных зарубежных аналогов: OrganoID, OrgaQuant и Deep-LUMEN.

Способ протестирован на назальных и лёгочных органоидах, полученных как от здоровых доноров, так и от пациентов с муковисцидозом с гомозиготным вариантом F508del в гене CFTR, а также успешно применён для количественной оценки различий в морфологии и функциональном ответе органоидов на форсколин. 

Разработанная технология уже внедрена в практику лаборатории редактирования генома МГНЦ. С её помощью проводится оценка эффективности восстановления функции CFTR-канала после редактирования генома, а также разработка метода подбора таргетной терапии для пациентов с муковисцидозом на назальных органоидах.

Это первый евразийский патент, полученный специалистами Медико-генетического научного центра имени академика Н. П. Бочкова.

Состав авторов:

Демченко Анна Григорьевна – ведущий научный сотрудник лаборатории редактирования генома МГНЦ, к.б.н.

Смирнихина Светлана Анатольевна – заведующая лабораторией редактирования генома МГНЦ, д.м.н., доцент

Балясин Максим Витальевич – научный сотрудник лаборатории мутагенеза МГНЦ.