计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年5月27日
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标题: 基于光学成熟特征的iPSC-CMs无创成熟评估使用可解释AI
标题: Non-invasive maturity assessment of iPSC-CMs based on optical maturity characteristics using interpretable AI
摘要: 诱导多能干细胞衍生的心肌细胞(iPSC-CMs)是识别新的治疗靶点和心脏保护药物的重要资源。 分化后的iPSC-CMs表现出未成熟、类似胎儿的表型。 在补充脂质的成熟培养基(MM)中培养iPSC-CMs可以显著增强其结构、代谢和功能表型。 然而,评估iPSC-CM的成熟状态仍然具有挑战性,因为大多数方法耗时且伴随着细胞损伤或样本丢失。 为了解决这个问题,我们开发了一种非侵入性的方法,通过基于视频运动分析提取的节律特征的可解释人工智能(AI)分析,实现iPSC-CM成熟度的自动化分类。 在一项前瞻性研究中,我们在分化后第21天(d21)评估了早期、未成熟的iPSC-CMs的230个视频记录,以及在MM中培养的更成熟的iPSC-CMs(d42, MM)。 对于每个记录,使用Maia运动分析软件提取了10个特征,并输入到支持向量机(SVM)中。 SVM的超参数通过5倍交叉验证在数据的80%上进行网格搜索优化。 优化模型在留出测试集上的准确率为99.5 $\pm$ 1.1%。 Shapley 加性解释(SHAP)确定位移、松弛上升时间和节律持续时间作为评估成熟度水平的最相关特征。 我们的结果表明,非侵入性光学运动分析结合基于AI的方法可用作评估iPSC-CMs成熟度的工具,并可在进行功能读出或药物测试之前应用。 这可能有助于减少实验研究中的变异性并提高其重复性。
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