Модель MIT IRIS відновлює сигнали, що формують клітини ембріона

Команда під керівництвом доцентки біології MIT Пуліна Лі та аспіранта Ніколаса Гатчинса розробила IRIS, модель машинного навчання, яка може визначити, які сигнали отримали клітини розвиненого ембріона. Дослідження у відкритому доступі опубліковано в журналі Nature Methods 8 вересня 2026 року. Лі також є членкинею Whitehead Institute for Biomedical Research.

Стовбурові клітини ембріона стають спеціалізованими клітинами мозку, печінки чи м’язів частково завдяки хімічним повідомленням, якими обмінюються з сусідами. Ці повідомлення передаються через багатоетапні сигнальні шляхи, які вмикають або вимикають певні гени. Оскільки вчені довго вважали, що ці шляхи суттєво відрізняються в різних типах клітин, їх картографування означало перевірку кожного шляху в кожному типі клітин, що було повільною та трудомісткою роботою.

Усталений «відбиток» для кожного шляху

Дослідники виявили, що кожен сигнальний шлях залишає характерний візерунок в активності генів і що цей відбиток залишається стабільним у різних типах клітин. IRIS, нейронна мережа, аналізує загальну експресію генів клітини та оцінює, які шляхи були активними в певні моменти, зокрема в типах клітин, на яких її не навчали. Лі порівняла це з голосовими асистентами, які навчалися переважно англійською, але все ж розпізнають інші мови, і назвала це перенесенням навчання.

Модель навчали на експериментальних даних, що відстежували, як тисячі людських ембріональних стовбурових клітин реагували на десятки комбінацій шести основних сигнальних шляхів на кількох стадіях розвитку. Потім команда перевірила її на одноклітинних даних з ембріонів мишей під час гаструляції, коли клітини швидко розходяться до різних доль. IRIS точно передбачила, коли і де вмикалися шляхи в клітинах, що прямували до тканин серця, кишечника, м’язів і спинного мозку.

Підтверджено на прикладі розвитку легенів

Коли дослідники запитали, які сигнали потрібні для отримання типу клітин, критично важливого для розвитку легенів, IRIS передбачила, що активація певного шляху спрямує клітини до легеневої ідентичності, і експерименти на ембріонах мишей це підтвердили. «IRIS допомагає нам розшифровувати мову, якою клітини спілкуються між собою», – сказав Гатчинс.

Дослідники кажуть, що цей підхід може прискорити інженерію стовбурових клітин для регенеративної медицини та покращити органоїди, мініатюрні тривимірні моделі органів, які використовують для вивчення хвороб і тестування ліків. Кращі вирощені в лабораторії тканини легенів можуть підтримати дослідження астми, раку легенів і легеневого фіброзу, допомогти в оцінці потенційних терапій і зрештою скерувати лікування, що відновлює пошкоджені тканини.