Detection of cell typing by utilizing deep learning algorithms

הרקע לפרויקט:

תחום הגנומיקה מאפשר מדידה רבת היקף של גנים -- כל הגנים (כ-20 אלף) נמדדים בו זמנית. גנומיקה ברמת התא הבודד מאפשרת לזהות את התוכן המולקולרי של התאים, כלומר איזה גנים באים לידי ביטוי בכל תא. בזכות המדידה של כלל הגנים, גנומיקה ברמת התא הבודד מאפשרת לזהות בקלות יחסית את סוגי תאים: למשל, האם התא שנחקר הוא תא סרטני?.
גנומיקה מרחבית היא משפחה של טכנולוגיות המאפשרת לזהות את מיקום הגנים בתוך רקמות. המעבדה שלנו יצרה מפות גנומיות המציגות את הביטוי המרחבי של כ-300 גנים שונים ברקמות סרטניות. עם זאת, מכיוון שלא נמדדים כלל הגנים אלא רק חלק מהם, זיהוי סוגי התאים הופך למשימה מורכבת יותר.
האם ניתן להסיק מנתוני הגנומיקה במרחב את סוגי התאים? אם נדע לעשות את זה נוכל לדעת אם בביופסיה של חולים יש תאי סרטן שצמודים לתאי חיסון, ולכך יש חשיבות רבה בטיפול בסרטן. יש למשל משפחה של תרופות אימונותרפיות, שהיעילות שלהן תלויה בכך שתאי חיסון יהיו סמוכים פיזית לתאי הסרטן.

מטרת הפרויקט:

כדי להסיק מנתוני גנומיקה במרחב את סוגי התאים אנחנו נשתמש במידע מרובה היבטים: נשתמש גם במדידות של הגנים במרחב, גם במדידות גנומיות ברמת התא הבודד (מרקמות סמוכות), גם במיקום התאים במרחב, וגם בצורה הפיזית של התאים, שאותה אפשר לזהות ממדידות של גנומיקה במרחב.
את כל הנתונים הללו נכניס כקלט למודל של רשתות נוירונים / למידה עמוקה. המטרה תהיה לזהות את סוגי התאים ברקמות הסרטניות.

בפרויקט נפעיל שיטות של עיבוד תמונה כדי לזהות את צורת התאים ומיקומם במרחב. נממש כתיבת קוד ויישום של רשתות נוירונים, תוך אימון ושיפור הביצועים של המודל. נשתמש ברשת נוירונים שמאפשרת לחלץ בקלות יחסית פרשנות לאיך התקבלה ההחלטה על סוגי התאים.

תכולת הפרויקט:

1. ניתוח של המידע הוויזואלי בכלים של עיבוד תמונה על מנת לזהות את צורות התאים ומיקומם.
2. אינטגרציה של מידע מרובה היבטים.
3. בנייה ואימון של עצי החלטה לצורך ניתוח המידע.
4. בנייה ואימון של רשתות נוירונים לצורך ניתוח המידע.
5. פרשנות של הרשתות בעזרת כלים חישוביים כדי לגלות איך התקבלה ההחלטה על סיווג התאים.
6. השוואה לידע מוקדם וסיכום הנתונים.

קורסי קדם:

• רשתות נוירונים

דרישות נוספות:

• הקורס כריית מידע וייצוג מידע נחוץ - אפשר לעשות אותו במקביל לפרויקט.
• תכנות בפייתון הכרחי.
• רקע בעיבוד תמונה הוא יתרון.
• רקע בביולוגיה הוא יתרון.
• יתרון למי שלקח את הקורס בנוירו-גנומיקה.

מקורות:

1. https://www.alonlab.org/technology
2. https://proceedings.mlr.press/v162/yang22i.html