L’équipe de Katy Börner de la Luddy School of Informatics, Computing, and Engineering’s Cyberinfrastructure for Network Science Center a apporté une contribution significative à la construction d’un atlas de référence humaine et a dirigé ou co-écrit six articles de recherche dans un package HuBMAP qui vient de sortir dans Nature.
Börner, Victor H. Yngve, éminent professeur d’ingénierie et de sciences de l’information et directeur du CNS, dirige l’un des deux composants de cartographie du programme d’atlas biomoléculaire humain financé par les NIH. Son équipe comprend des experts de l’Université de l’Indiana, de l’Université de Stanford, de l’Institut de technologie de Californie, de la Harvard Medical School et de l’Institut européen de bioinformatique de l’EMBL au Royaume-Uni.
La perspective, « Progrès et perspectives pour le programme d’atlas biomoléculaire humain (HuBMAP) », donne un aperçu des réalisations récentes et des cartes détaillées à une résolution de cellule unique.
Ellen Quardokus, chercheuse scientifique à l’IU, et Andrea Radtke, scientifique principale au NIH, toutes deux membres de l’équipe MC-IU, ont dirigé l’effort qui a abouti à « Organ Mapping Antibody Panels (OMAPs) : Une ressource communautaire pour l’imagerie tissulaire multiplexée standardisée ».
Les panels d’anticorps de cartographie d’organes (OMAP) et les rapports de validation d’anticorps (AVR) qui les accompagnent reflètent le travail acharné et le dévouement d’une équipe d’experts du domaine dans le milieu universitaire, l’industrie et le gouvernement. Ensemble, nous avons travaillé pour surmonter le coût, le temps et l’expertise nécessaires pour cartographier les tissus humains à l’aide de l’imagerie multiplexée à base d’anticorps. En plus de fournir des données sur des centaines d’anticorps validés par la communauté pour diverses méthodes d’imagerie telles que CODEX, IBEX et Cell DIVE, les OMAP sont alignés sur les données de l’Atlas de référence humain, fournissant des preuves de types de cellules dans des structures anatomiques spécifiques. Nous sommes ravis de partager ces ressources avec la communauté croissante de la biologie spatiale et nous sommes impatients d’accélérer la découverte ensemble. »
Andrea Radtke, scientifique senior au NIH
Yingnan Ju, doctorante à la Luddy School, et Börner ont collaboré avec l’équipe de recherche GE sur la « reconstruction 3D de la peau et la cartographie spatiale de la densité des cellules immunitaires, de la distance vasculaire et des effets de l’exposition au soleil et du vieillissement ».
« Ce document comble de manière transparente le fossé entre les applications industrielles pratiques et mes activités académiques », a déclaré Ju. « Nous avons intégré avec succès la visualisation des données et l’apprentissage automatique, synthétisant les précieuses informations de mon stage GE avec mes recherches à l’Université de l’Indiana. Cette collaboration a non seulement jeté des bases solides pour l’exploration future, mais a également ajouté une valeur substantielle à mon expérience de doctorat. Je suis ravi et j’ai hâte de poursuivre ma collaboration. »
Andreas Bueckle, chercheur scientifique au SNC, était l’un des auteurs de contact pour « L’enregistrement des tissus et les interfaces utilisateur d’exploration à l’appui d’un atlas de référence humain ». L’article détaille les interfaces utilisateur d’enregistrement et d’exploration qui permettent aux utilisateurs d’enregistrer spatialement leurs données sur l’un des 66 organes de référence 3D et d’explorer sémantiquement et spatialement les milliers de blocs de tissus désormais mappés sur le HRA. Les utilisateurs peuvent le faire dans un environnement 3D, déployé sur un navigateur Web et accessible par toute personne disposant d’une connexion Internet et de liens vers le portail de données HuBMAP.
« La construction d’un atlas humain de référence est une entreprise gigantesque qui nécessite des compétences et des capacités d’un ensemble diversifié d’experts », a déclaré Bueckle. « Cela nécessite des outils dotés d’interfaces utilisateur à la pointe de la technologie. »
Yashvardhan Jain, ingénieur logiciel de recherche CNS, est l’auteur principal de « Segmentation robuste et généralisable des unités de tissus fonctionnels humains ».
« La construction de l’Atlas de référence humain (HRA) nécessite une combinaison d’intelligence humaine et d’intelligence artificielle », a déclaré Jain. « Détecter et segmenter des structures telles que des unités de tissus fonctionnels dans des images de tissus humains est une étape importante et nécessite des algorithmes d’apprentissage automatique efficaces capables d’automatiser ces tâches, permettant le traitement et l’analyse d’ensembles de données à grande échelle. »
Jain a déclaré que les plates-formes mondiales de compétition en science des données telles que Kaggle peuvent être exploitées pour engager des scientifiques des données, des ingénieurs en apprentissage automatique et des chercheurs du monde entier afin d’accélérer le développement d’algorithmes efficaces, généralisables et évolutifs qui peuvent aider au développement de tels outils automatisés.
Griffin Weber, de la Harvard Medical School, a dirigé l’équipe qui a publié « Structures anatomiques, types de cellules et biomarqueurs de la vascularisation sanguine humaine saine ».
« L’ensemble de données Human Reference Atlas-Vasculature Common Coordinate Framework (HRA-VCCF) est la première base de données ouverte, lisible par ordinateur et complète de la vascularisation sanguine humaine adulte », a-t-il déclaré. « Il contient une liste de vaisseaux sanguins et leurs relations de ramification, ainsi que les types de cellules et les biomarqueurs associés, le type de vaisseau, les anastomoses, les systèmes portails, la microvasculature, les unités tissulaires fonctionnelles, des liens vers des objets de référence 3D, des géométries de vaisseaux (longueur, diamètre), et des cartographies aux structures anatomiques que les vaisseaux alimentent ou drainent. Parce que le système vasculaire s’étend à toutes les parties du corps, cette base de données constitue un élément central de l’Atlas de référence humain (HRA), reliant des ensembles de données spécifiques aux organes. «
Vous pouvez explorer une vidéo du VCCF envisagé.
L’équipe MC-IU est l’auteur de « Spécimen, structure biologique et ontologies spatiales à l’appui d’un atlas de référence humain ».
L’Atlas humain de référence est un atlas numérique multi-échelles, pan-tissulaire et tridimensionnel du corps humain en bonne santé. Il fournit des terminologies et des structures de données standard pour décrire les spécimens, les structures biologiques et les positions spatiales liées aux ontologies existantes. En juillet 2023, l’atlas comprend 30 organes avec 4 340 structures anatomiques nommées, 1 474 types de cellules et 3 842 biomarqueurs caractéristiques ainsi que plus de 1 200 objets de référence anatomiquement corrects. Toutes les données sont disponibles gratuitement sur le portail HRA.
« Nous sommes ravis de voir la couverture et la qualité de l’atlas augmenter au cours de la phase de production de HuBMAP », a déclaré Börner.
Leur travail faisait partie d’un ensemble de neuf articles scientifiques publiés dans le Nature famille de revues décrivant les percées dans la cartographie haute résolution, multiéchelle et multimodale du corps humain en deux et trois dimensions.
Les chercheurs de HuBMAP ont publié plus de 270 articles scientifiques, présentant les avancées des technologies logicielles et expérimentales, créant des cartes de tissus humains sains au niveau cellulaire.
