Statistical analysis of spatial patterns in tumor microenvironment images

免疫系统 肿瘤微环境 免疫疗法 细胞 生物 计算生物学 计算机科学 免疫学 遗传学
作者
Mohamed M. Benimam,Vannary Meas‐Yedid,Suvadip Mukherjee,Astri Frafjord,Alexandre Corthay,Thibault Lagache,Jean‐Christophe Olivo‐Marín
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-57943-y
摘要

Advances in tissue labeling, imaging, and automated cell identification now enable the visualization of immune cell types in human tumors. However, a framework for analyzing spatial patterns within the tumor microenvironment (TME) is still lacking. To address this, we develop Spatiopath, a null-hypothesis framework that distinguishes statistically significant immune cell associations from random distributions. Using embedding functions to map cell contours and tumor regions, Spatiopath extends Ripley's K function to analyze both cell-cell and cell-tumor interactions. We validate the method with synthetic simulations and apply it to multi-color images of lung tumor sections, revealing significant spatial patterns such as mast cells accumulating near T cells and the tumor epithelium. These patterns highlight differences in spatial organization, with mast cells clustering near the epithelium and T cells positioned farther away. Spatiopath enables a better understanding of immune responses and may help identify biomarkers for patient outcomes. Immunotherapy is transforming cancer treatment, with immune cell distribution in the tumour microenvironment key to predicting outcomes. Here, authors provide a robust framework to analyse spatial patterns, distinguishing true immune associations from random accumulations, offering insights into immunotherapy responses.

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