基于心肌细胞成像与深度学习的毒性筛查
以已知心肌损伤条件训练图像模型，给化合物处理的 iPSC 心肌细胞评分，再以呼吸功能等指标复验候选。
用途与模型
- 研究用途
- 在早期药物筛查中发现轻度结构损伤，并比较药物候选的心肌毒性表现。
- 模型与细胞来源
- WTC 来源、经 MYH6 相关选择策略纯化的 iPSC 心肌细胞单层。
- 方法版本
- 2021 年 MYBPC3 成像、三分类神经网络与线粒体复验版本
- 实验形式
- 384 孔板高内涵 MYBPC3 荧光成像、ResNet50 图像小块分析；候选另在 Seahorse 系统中检测。
材料与平台
- 细胞恢复
- 每孔 20000 个心肌细胞，解冻后约 6–8 天恢复；无葡萄糖、含半乳糖的培养条件。
- 筛查药库
- 1280 种生物活性化合物，0.3/1.0/3.0 μM、4 天；另有 1280 种靶点未知多样性化合物，1 μM。
- 图像训练
- 8 种已知毒性化合物；收缩、肌节染色和核计数确定标签；图像旋转/翻转扩增，80% 建模、20% 内部验证。
- 复验
- 6 种候选加替加色罗；氧耗分析、proBNP ELISA、9 种化合物转录组。
测量指标与分析
- 连续图像心肌毒性评分
- 模型分类准确率与 Z-factor
- 收缩速度、位移和搏动频率
- 基础/最大/储备呼吸与 ATP 相关呼吸
- proBNP 与心肌相关基因表达
在已知毒性参照上建立三分类模型，以独立验证板复核评分，再分析未参与训练的药库板。候选呼吸数据按核数归一化；转录组以溶剂对照及药物间表达模式比较。
研究设计与结果
药物集评价
- 研究设计
- 比较二分类、三分类、四分类模型和细胞接种密度；药库候选采用重复图像评分与线粒体呼吸等功能检测复验。
- 测试范围
- 主要为单一 WTC 遗传背景；候选复验每种化合物每浓度 3–8 个技术重复；RNA 测序每药 2 重复、溶剂 6 重复。
- 参照体系
- 溶剂对照、已知心肌毒性参照及常规核数/染色强度指标。
- 研究结果
- 图像模型识别出部分常规染色强度变化不明显的毒性信号；7 种复验药物的线粒体功能受损，各指标显著性随药物而异。proBNP 对这些条件的变化不一致。
适用条件与研究局限
- 图像准确率来自模型分类任务，验证限定于所用细胞背景和条件。
- 模型质量取决于训练参照、图像质量、细胞密度和类别平衡。
- 单项成像评分反映细胞表型，损伤机制需结合功能和分子检测。