Метод выявления клеточных состояний и определение их количества при эпителиально-мезенхимальных переходах

Аннотация

В сложных биологических динамических системах состояния системы часто ассоциируются со стабильными режимами поведения (например, аттракторы) или характерными фазами процесса. Биологические системы являются объектами с высокой размерностью, и их состояния характеризуются множеством показателей. Этот факт делает задачу обнаружения таких состояний сложно выполнимой, а рассмотрение низкоразмерных портретов системы часто не позволяет обнаруживать состояния систем. Статьи, посвященные обнаружению и визуализации таких состояний, обычно оперируют дву- или трёхмерными изображениями. Обнаружение таких состояний по данным многомерных временных рядов является ключевой задачей математической биологии и биофизики.

Мы предложили использовать для обнаружения и визуализации состояний искусственную нейронную сеть SOM. В работе анализировался процесс эпителиально-мезенхимального перехода, определяющий клеточную пластичность, играющий огромную роль в клеточной и тканевой биологии и определяющий такие важные патологии, как рак. Нами было показано, что в динамике ЭМП содержится 6 состояний в 16-мерном пространстве. Предложенный метод позволяет выявлять и интерпретировать состояния многомерных биологических систем, что может быть использовано в поиске методов управления этими состояниями.