Enhanced tissue compartmentalization by applying segmentation algorithms on reduced spatial omics data
Postery | 2025 | Bruker | ASMSInstrumentace
Analýza prostorových dat z MALDI Imaging a HiPLEX-IHC je klíčová pro detailní charakterizaci biologických tkání. Přesné vymezení morfologických a biochemických regionů v tkáni pomáhá porozumět patologickým procesům, zlepšit diagnostiku a navrhnout cílené terapeutické přístupy. Efektivní segmentace těchto dat umožňuje odfiltrovat šum a zdůraznit relevantní biologické struktury.
Cílem studie bylo porovnat klasické a moderní postupy dvoufázové analýzy prostorových omických dat. Autoři demonstrují, jak použití metody komponentní analýzy (CA), jako je PCA nebo UMAP, před vlastním segmentačním algoritmem (k-means nebo Leiden), ovlivňuje kvalitu klastrování a zachování prostorových detailů.
Byly využity dva typy datasetů:
1. Segmentace bez CA vs. s CA:
– Zrychlení výpočtů díky snížení datové dimenze.
– Eliminace nízkointenzitního šumu a zvýšení robustnosti klasifikace.
– Přesnější lokalizace patologických změn v tkáních pro výzkum i klinickou praxi.
– Snadná integrace do stávajících analytických workflow v laboratořích využívajících SCiLS Lab.
– Rozšíření aplikace UMAP a dalších nelineárních redukčních metod pro různé typy omických dat.
– Vývoj automatizovaných workflows s adaptivními denoising filtry pro různé rozlišení a typy vzorků.
– Kombinace multimodálních dat (MSI, IHC, optické skeny) pro komplexní charakterizaci tkání.
– Integrace strojového učení pro prediktivní segmentaci a diagnostiku.
Studie ukazuje, že předběžná komponentní analýza následovaná moderním segmentačním algoritmem významně zlepšuje kvalitu klastrování prostorových omických dat. Metoda poskytuje lepší prostorové rozlišení a odolnost vůči šumu, což otvírá nové možnosti pro výzkum tkáňové heterogenity i klinickou diagnostiku.
Heijs B., Marsico R., Deininger S.-O., Behrens A., Oetjen J., Esghi A., Boskamp T. Enhanced tissue compartmentalization by applying segmentation algorithms on reduced spatial omics data. Bruker, 2025.
SCiLS Lab 2026a User Manual. Bruker Daltonics, 2025.
LC/MS, LC/MS/MS, LC/TOF, LC/HRMS, Iontová mobilita, MALDI, MS Imaging
ZaměřeníKlinická analýza
VýrobceBruker
Souhrn
Význam tématu
Analýza prostorových dat z MALDI Imaging a HiPLEX-IHC je klíčová pro detailní charakterizaci biologických tkání. Přesné vymezení morfologických a biochemických regionů v tkáni pomáhá porozumět patologickým procesům, zlepšit diagnostiku a navrhnout cílené terapeutické přístupy. Efektivní segmentace těchto dat umožňuje odfiltrovat šum a zdůraznit relevantní biologické struktury.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie bylo porovnat klasické a moderní postupy dvoufázové analýzy prostorových omických dat. Autoři demonstrují, jak použití metody komponentní analýzy (CA), jako je PCA nebo UMAP, před vlastním segmentačním algoritmem (k-means nebo Leiden), ovlivňuje kvalitu klastrování a zachování prostorových detailů.
Použitá metodika a instrumentace
Byly využity dva typy datasetů:
- Myší ledvina analyzovaná standardním MALDI Imaging.
- Lidský karcinom plic zpracovaný metodou MALDI HiPLEX-IHC.
- Import a normalizace signálů (TIC-normalizace).
- Funkce T-ReX® pro detekci 150 klíčových markerů.
- Komponentní analýza: PCA (30 komponent) a UMAP (Neighbors 100, Min.Dist 0.1).
- Segmentační algoritmy: k-means (k=10) a Leiden clustering.
- Volitelná prostorová denoising filtrace.
Hlavní výsledky a diskuse
1. Segmentace bez CA vs. s CA:
- K-means na původních intenzitách signalizuje vysokou úroveň šumu a méně srozumitelné klastry.
- Po aplikaci PCA/PCA + denoising dochází k lepšímu oddělení morfologických struktur (např. glomerulů v ledvině).
- UMAP + Leiden vykazuje nejvyšší schopnost odhalit jemné, nelineární vztahy v datech.
- Slabé denoising filtry před segmentací komponentních skóre vedou k hladším výsledkům bez ztráty detailů.
- Nejlepší zachování biologických struktur bylo pozorováno u kombinace CA (PCA nebo UMAP) s moderním segmentačním algoritmem Leiden.
Přínosy a praktické využití metody
– Zrychlení výpočtů díky snížení datové dimenze.
– Eliminace nízkointenzitního šumu a zvýšení robustnosti klasifikace.
– Přesnější lokalizace patologických změn v tkáních pro výzkum i klinickou praxi.
– Snadná integrace do stávajících analytických workflow v laboratořích využívajících SCiLS Lab.
Budoucí trendy a možnosti využití
– Rozšíření aplikace UMAP a dalších nelineárních redukčních metod pro různé typy omických dat.
– Vývoj automatizovaných workflows s adaptivními denoising filtry pro různé rozlišení a typy vzorků.
– Kombinace multimodálních dat (MSI, IHC, optické skeny) pro komplexní charakterizaci tkání.
– Integrace strojového učení pro prediktivní segmentaci a diagnostiku.
Závěr
Studie ukazuje, že předběžná komponentní analýza následovaná moderním segmentačním algoritmem významně zlepšuje kvalitu klastrování prostorových omických dat. Metoda poskytuje lepší prostorové rozlišení a odolnost vůči šumu, což otvírá nové možnosti pro výzkum tkáňové heterogenity i klinickou diagnostiku.
Reference
Heijs B., Marsico R., Deininger S.-O., Behrens A., Oetjen J., Esghi A., Boskamp T. Enhanced tissue compartmentalization by applying segmentation algorithms on reduced spatial omics data. Bruker, 2025.
SCiLS Lab 2026a User Manual. Bruker Daltonics, 2025.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
High-performance MALDI imaging analysis of on-tissue digested proteins in mammalian FFPE tissues using the Bruker rapifleX MALDI-TOF/TOF
2017|Bruker|Aplikace
25 YEARS MALDI High-performance MALDI imaging analysis of on-tissue digested proteins in mammalian FFPE tissues using the Bruker rapifleX MALDI-TOF/TOF In this application note, we describe a workflow for MALDI Mass Spectrometry Imaging (MSI) of proteins from a variety of…
Klíčová slova
tissue, tissueffpe, ffpemaldi, maldiimage, imageimaging, imagingsegmentation, segmentationpeptides, peptidestof, tofrapiflex, rapiflexparaffin, paraffinsections, sectionsbruker, brukerscils, scilsstained, stainedwere
MALDI Guided SpatialOMx uncovers proteomic profiles in tumor subpopulations of breast cancer
2020|Bruker|Aplikace
MALDI Guided SpatialOMx uncovers proteomic profiles in tumor subpopulations of breast cancer MALDI Guided SpatialOMx provides an excellent possibility to discover deep proteomics insights into heterogeneous tumor subpopulations by retaining the regiospecific information of an imaging technique. Abstract The timsTOF…
Klíčová slova
tumor, tumorsubpopulations, subpopulationsmaldi, malditimstof, timstofimaging, imagingsubpopulation, subpopulationsegmentation, segmentationflex, flexpasef, paseflmd, lmdbreast, breastproteomics, proteomicsspatialomx, spatialomxwere, wereproteomic
Exploring the Aβ Plaque microenvironment in Alzheimer's disease model mice by multimodal Lipid-Protein-Histology Imaging on a benchtop mass spectrometer
2025|Bruker|Postery
LI F E S CI E N CE S M AS S S P E CTR O M E TR Y Exploring the Aβ Plaque microenvironment in Alzheimer's disease model mice by multimodal Lipid-Protein-Histology Imaging on a benchtop mass spectrometer…
Klíčová slova
plaques, plaquesmaldi, maldiimaging, imagingmultiomic, multiomiclipid, lipidhiplex, hiplexplaque, plaquetof, tofmultimodal, multimodalfragmentation, fragmentationvisualize, visualizespatial, spatialbenchtop, benchtopneoflex, neoflexctr
Rapid spatial molecular insights into human brain tumors by axial MALDI TOF mass spectrometry imaging
2025|Bruker|Postery
LI F E S CI E N CE S M AS S S P E CTR O M E TR Y Rapid spatial molecular insights into human brain tumors by axial MALDI TOF mass spectrometry imaging Jasmine Reese1, Janina Oetjen2,…
Klíčová slova
medulloblastoma, medulloblastomadisseminated, disseminatedimaging, imagingplsa, plsamaldi, maldimatter, matteraxial, axialinfiltration, infiltrationtof, tofcontributing, contributinggray, grayprofiles, profileswhite, whiterepresentation, representationspinal