SpheroSeg – pokročilá analýza nádorových sféroidů pomocí hlubokého učení

Výzkumníci z ústavu Ústav biochemie a mikrobiologie VŠCHT Praha jsou spoluautoři publikace v periodiku Computer Methods and Programs in Biomedicine, která představuje SpheroSeg – open-source platformu pro segmentaci a kvantitativní analýzu snímků sféroidů nádorových buněk ze světelné mikroskopie. SpheroSeg vznikl díky spolupráci biologů z VŠCHT a informatiků z Ústavu teorie informace a automatizace AV ČR.

Trojrozměrné nádorové sféroidy představují významný model pro in vitro studium růstu nádorů, jejich invazivity a především odpovědi na možnou léčbu. Přesná kvantitativní analýza buněčných sféroidů je však extrémně náročná mimo jiné kvůli rozdílům v podmínkách zobrazování a v pravidlech používaných při anotaci dat.

Z toho důvodu naši kolegové vytvořili SpheroHQ, dataset obsahující 22 683 odborně anotovaných snímků sféroidů ze sedmi nádorových buněčných linií, a spolu s dalšími volně dostupnými daty sestavili ještě rozsáhlejší soubor SpheroMix obsahující 32 367 snímků.

Součástí studie je také systematický benchmarking osmi deep-learningových architektur. Stratifikované hodnocení umožnilo oddělit vliv rozdílů mezi trénovacími a testovacími daty, odlišných anotačních pravidel a skutečné generalizace modelů na data mimo původní distribuci.

Výsledkem však není pouze dataset a benchmark, ale také prakticky využitelná volně přístupná webová aplikace, která umožňuje segmentaci sféroidů akcelerovanou pomocí GPU, polygonovou korekci výsledků, morfometrická měření a export dat pro další analýzu. K dispozici jsou tři komplementární modely: CBAM-ResUNet, SegFormer-B0 a MambaBot-UNet. Platforma je dostupná také jako Docker kontejner.

SpheroSeg tak propojuje kvalitní experimentální data, reprodukovatelný benchmarking a volně dostupný nástroj pro praktickou analýzu, přičemž zároveň ukazuje, že dobrá výkonnost modelu na datech z jednoho experimentálního prostředí nemusí automaticky znamenat stejně dobrou generalizaci na jiné podmínky.

„Od jedné lavice na osmiletém gymnáziu až ke dvěma korespondenčním autorům – po letech jsme s Dr. Novozámským spojili biologii a IT a vznikl z toho SpheroSeg.“ dodává jedna z autorek, Dr. Rimpelová.

Reference

SpheroSeg: Advancing tumor spheroid analysis through open-source deep learning v periodiku Computer Methods and Programs in Biomedicine, doi: 10.1016/j.cmpb.2026.109602