Assessing Biomaterial‐Induced Stem Cell Lineage Fate by Machine Learning‐Based Artificial Intelligence

间充质干细胞 干细胞 生物材料 脂肪生成 谱系(遗传) 计算生物学 生物 细胞分化 细胞命运测定 细胞 细胞生物学 材料科学 基因 遗传学 纳米技术 转录因子
作者
Yingying Zhou,Xianfeng Ping,Yusi Guo,Boon Chin Heng,Yi‐Jun Wang,Yanze Meng,Shengjie Jiang,Yan Wei,Binbin Lai,Xuehui Zhang,Xuliang Deng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (19) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/adma.202210637
摘要

Current functional assessment of biomaterial-induced stem cell lineage fate in vitro mainly relies on biomarker-dependent methods with limited accuracy and efficiency. Here a "Mesenchymal stem cell Differentiation Prediction (MeD-P)" framework for biomaterial-induced cell lineage fate prediction is reported. MeD-P contains a cell-type-specific gene expression profile as a reference by integrating public RNA-seq data related to tri-lineage differentiation (osteogenesis, chondrogenesis, and adipogenesis) of human mesenchymal stem cells (hMSCs) and a predictive model for classifying hMSCs differentiation lineages using the k-nearest neighbors (kNN) strategy. It is shown that MeD-P exhibits an overall accuracy of 90.63% on testing datasets, which is significantly higher than the model constructed based on canonical marker genes (80.21%). Moreover, evaluations of multiple biomaterials show that MeD-P provides accurate prediction of lineage fate on different types of biomaterials as early as the first week of hMSCs culture. In summary, it is demonstrated that MeD-P is an efficient and accurate strategy for stem cell lineage fate prediction and preliminary biomaterial functional evaluation.
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