背景
1、虚拟细胞有望在湿实验室验证之前进行计算机模拟测试，从而实现更快、更便宜的目标识别和患者分层。目前虚拟细胞的发展还处于初期和科研阶段，离商业应用还有一段距离
2、构建虚拟细胞（能够模拟细胞行为并预测治疗效果的计算模型）的竞赛日趋激烈，生物技术公司、学术机构和专注于制药领域的AI公司都在采取截然不同的策略。例如，Xaira 强调扰动数据，CZI 构建模块化基础，Recursion 集成实验室循环验证，Noetik 从患者组织开始进行药物发现
3、Noetik 是一家 AI-native 的生物技术公司。当其他公司利用细胞系、类器官或动物模型构建虚拟细胞时，Noetik 公司却直接从人类患者组织开始，从实际的肿瘤活检和切除标本中生成所有训练数据，从而保留了组织的空间背景，这些数据结合了组织学、空间基因表达和多重蛋白染色等信息。其中约80%的数据来自缺乏临床结局数据的患者
4、之前介绍过 Xaira 的 X-Atlax/Orion 数据集 ，也介绍过 CZI 的 CELLxGENE 单细胞数据平台 ，这里介绍一篇 Noetik 的工作。这篇文章虽然说使用 OCTO-vc 模型发现了 NSCLC 肿瘤微环境中“成纤维细胞-巨噬细胞”细胞通讯模式，但是这种模式其实用空间转录组+基因组测序也能发现，好像也没有体现虚拟细胞模型的优势
1 为训练人肿瘤空间生物学基础模型产生多模态数据
1、1399 个 NSCLC 病人的 FFPE 样本产生组织微芯片（TMAs）
2、多模态数据包括：免疫荧光数据、HE 切片数据、时空转录组数据、全外显子测序数据
3、利用这些多模态数据来训练视觉 Transformer（ViT）模型，以学习生物学上的关联性，并进行零样本推理（Zero-shot Inference）
2 根据人类肿瘤数据训练的虚拟细胞基础模型 OCTO-vc
1、OCTO-vc 是一个以 transformer 为基础的模型，使用时空转录组数据进行训练，用于预测组织中基因的表达量
2、对于每个训练样本，一个中心细胞和其相邻的细胞作为输入。中心细胞和相邻细胞的部分基因表达量被 masked 。这个模型通过学习它的 spatial context 来重建中心细胞的基因表达量。这允许 OCTO-vc 学习如何通过周围的细胞环境去捕获基因的表达，这与大语言模型类型，通过周围的词汇去学习
3 克隆邻域：一项旨在模拟非小细胞肺癌（NSCLC）肿瘤微环境中离散细胞间相互作用的计算机模拟实验
1、利用来自患者样本的具有空间位置信息的单细胞数据，构建用于“虚拟细胞”实验的克隆邻域
2、从患者的肿瘤微环境（TME）中抽取单个细胞（肿瘤细胞或成纤维细胞），并将 8 个完全相同的这类细胞作为“邻居”，围绕安置在一个“巨噬细胞虚拟细胞”四周，从而实现大规模、受控的细胞邻域模拟（8个肿瘤细胞围绕着一个巨噬细胞虚拟细胞，8个成纤维细胞围绕着一个巨噬细胞虚拟细胞）
3、针对每位患者，分别模拟了 500 个肿瘤克隆邻域或成纤维细胞克隆邻域，最终在总计 87.3 万个巨噬细胞虚拟细胞上进行了基因表达推断
4 肿瘤细胞的克隆性空间分布揭示了与“促肿瘤”或“抗肿瘤”巨噬细胞空间关联的肿瘤功能状态
1、tSNE 图展示了虚拟巨噬细胞，分别按患者来源（左）以及 CXCL9 和 SPP1 的表达水平（中、右）进行着色，这两者是肿瘤中巨噬细胞状态的典型标志。CXCL9 型（偏抗肿瘤），这些肿瘤细胞“更容易被免疫系统识别”。SPP1 型（偏促肿瘤），这些肿瘤细胞处在“缺氧 + 代谢活跃”的状态，更容易养出坏的巨噬细胞
2、促进 CXCL9⁺ 巨噬细胞 的肿瘤细胞富集于抗原呈递和干扰素响应相关基因（如 MHC I、STAT1、IFITM1/3），提示一种炎症性、免疫激活的肿瘤状态
3、而 SPP1⁺ 巨噬细胞 则与处于缺氧和血管生成相关程序的肿瘤细胞相关（如 VEGFA、NDRG1、LDHA）
5 成纤维细胞的克隆性空间分布揭示了与“促肿瘤”或“抗肿瘤”巨噬细胞空间相关的成纤维细胞功能状态
成纤维细胞克隆邻域影响巨噬细胞-VC 转录组。CXCL9 型巨噬细胞 与免疫信号相关基因（MHC I、IL32、CD74）相关，提示一种炎症性成纤维细胞的影响。SPP1⁺ 巨噬细胞 则与细胞外基质和纤维化相关基因（如 COL1A1、COL3A1）相关，表明一种促肿瘤的成纤维细胞程序
6 ECM（细胞外基质） 产生型成纤维细胞在 KRAS/STK11 突变的非小细胞肺癌中显著富集
1、KRAS/STK11 双突变肿瘤通过增强 ECM 型成纤维细胞程序，推动形成 SPP1 型促肿瘤巨噬细胞，从而塑造免疫抑制微环境
2、Genotype → CAF program → TAM state
7 SPP1+ 巨噬细胞与成纤维细胞之间的相互作用，可能是 KRAS/STK11 突变型非小细胞肺癌对免疫治疗产生耐药性的潜在机制
1、克隆邻域为解析人类肿瘤中离散的细胞-细胞相互作用提供了一种强有力的工具
2、结合基础模型 OCTO-vc 进行克隆邻域分析，文章发现了肿瘤细胞和成纤维细胞中不同的基因程序，这些程序能够将巨噬细胞极化为免疫激活型（CXCL9）或免疫抑制型（SPP1）状态
3、与 SPP1 巨噬细胞相关的 ECM 产生型成纤维细胞在 KRAS/STK11 双突变的非小细胞肺癌中显著富集，提示一种基因型特异性的免疫抑制微环境，这可能解释其对免疫治疗的耐受性
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