Точное восстановление траекторий во временных пространственных транскриптомах с использованием оптимального транспорта с структурными ограничениями

Новые экспериментальные и вычислительные методы используют генетические наблюдения или данные экспрессии генов с разрешением по отдельным клеткам для изучения взаимосвязи между молекулярными профилями отдельных клеток и их развитием по траекториям. Большинство тканей содержат пространственно смежные регионы, развивающиеся как единое целое, например фолликулы в яичнике или канальцы и клубочки в почке. Мы обнаружили, что существующие подходы, разработанные для анализа временных рядов пространственной транскриптомики (ST), дают биологически несогласованные траектории, не сохраняющие эти структурные единицы во времени. Мы представляем Spatiotemporal Optimal transport with Contiguous Structures (SOCS) — метод восстановления траекторий на основе оптимального транспорта для временных ST, который выдаёт оценки траекторий, сохраняющие структурную целостность пространственно смежных биологически значимых единиц, а также сходство в экспрессии генов и глобальную геометрическую структуру. Мы показываем, что SOCS даёт более правдоподобные оценки траекторий, поддерживая пространственную когерентность биологических структур во времени и обеспечивая более точное восстановление траекторий и лучшие биологические выводы по сравнению с другими подходами.