人源神经组织模型的 RNA 表达毒性分类与盲测评价
结合多细胞人源神经组织模型、RNA-Seq 与线性 SVM，分开评价训练集留一法和独立化学物质盲测。
用途与模型
- 研究用途
- 为药物及化学品神经安全性研究评价人源模型和毒性分类；不代表临床预测。
- 模型与细胞来源
- 同一 H1 人胚胎干细胞系来源神经、内皮、间充质及小胶质/巨噬前体；合成 PEG 基质上的三维组织模型。
- 方法版本
- 2015 年 H1/PEG 神经组织模型与包含药物及其他化学物质的参考集版本
- 实验形式
- 24 孔 Transwell 组织模型，2 天/7 天暴露后 RNA-Seq；完整基因集合 SVM 分类。
材料与平台
- 模型组装
- 以神经祖细胞接种日为 D0，D9 加入血管细胞，D13 加入小胶质前体；组织模型身份由 RNA/免疫染色核对。
- 暴露参照
- 训练 60 化学物质（34 毒性、26 对照），独立盲测 10 物（5/5）；既有资料决定各物暴露，缺资料时采用 10 μM。
- 分析指标
- 约 19,000 基因，第 16、21 天表达资料取平均；按化学物质留一验证；独立盲测使用 0.5 概率分类阈值。
测量指标与分析
- 基因表达重复性与细胞身份
- 毒性概率排序 AUC
- 独立盲测分类正确数
- 假阳性与观察时点差异
验证以 60 种训练化学物质为单位，使用 240 个组织模型的 RNA 资料；表达重复性为 4 个重复，独立盲测另有 10 个化学物质。
研究设计与结果
训练集与交叉验证
- 研究设计
- 每次留出 1 化学物质，用其余 59 训练，对 2 天和 7 天暴露资料取平均后预测；独立盲测另列。
- 测试范围
- 60 种训练化学物质，34 毒性/26 对照；RNA 资料来自 240 组织模型，表达重复性检查 n=4。
- 参照体系
- 既有文献对毒性与无已知神经毒性对照的分类。
- 研究结果
- 第 16、21 天 AUC 分别 0.86/0.88，两时点取平均后 AUC0.91；当前参考集内交叉验证，非临床准确率。
适用条件与研究局限
- 同一 H1 细胞系，不涵盖多供者/患者差异。
- 未直接测电生理，缺少灌注功能 BBB。
- 参考物的毒性标签与具体暴露浓度会影响分类表现。
盲法比较研究
- 研究设计
- 训练完成后预测 10 种未进入训练集的化学物质；建立模型的研究者在预测结束前不知道其身份。
- 测试范围
- 10 种独立化学物质（5 毒性、5 对照），属于同研究体系的独立留出集。
- 参照体系
- 预设文献毒性/对照身份；预测概率阈值 0.5。
- 研究结果
- AUC0.92，9/10 分类正确；油酸为 1 假阳性。
适用条件与研究局限
- 参考标签和暴露条件存在不确定性。
- 10 化学物质规模小，未作患者或跨实验室验证。
来源与原文
- Human pluripotent stem cell-derived neural constructs for predicting neural toxicity原始研究 · PNAS · 2015-09-21