Spatial gene expression at single-cell resolution from histology using deep learning with GHIST

组织学 深度学习 人工智能 计算生物学 基因 生物 计算机科学 遗传学
作者
Xiaohang Fu,Yue Cao,Beilei Bian,Chuhan Wang,J. Dinny Graham,Nirmala Pathmanathan,Ellis Patrick,Jinman Kim,Jean Yang
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:4
标识
DOI:10.1101/2024.07.02.601790
摘要

Abstract The increased use of spatially resolved transcriptomics provides new biological insights into disease mechanisms. However, the high cost and complexity of these methods are barriers to broad clinical adoption. Consequently, methods have been created to predict spot-based gene expression from routinely-collected histology images. Recent benchmarking showed that current methodologies have limited accuracy and spatial resolution, constraining translational capacity. Here, we introduce GHIST, a deep learning-based framework that predicts spatial gene expression at single-cell resolution by leveraging subcellular spatial transcriptomics and synergistic relationships between multiple layers of biological information. We validated GHIST using public datasets and The Cancer Genome Atlas data, demonstrating its flexibility across different spatial resolutions and superior performance. Our results underscore the utility of in silico generation of single-cell spatial gene expression measurements and the capacity to enrich existing datasets with a spatially resolved omics modality, paving the way for scalable multi-omics analysis and new biomarker discoveries.
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