Using random forests to uncover the predictive power of distance–varying cell interactions in tumor microenvironments
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Tumor microenvironments (TMEs) contain vast amounts of information on patient’s cancer through their cellular composition and the spatial distribution of tumor cells and immune cell populations. Exploring variations in TMEs among patients and cancer types, as well as determining the extent to which this information can predict variables such as patient survival or treatment success with emerging immunotherapies, is of great interest. Moreover, in the face of a large number of potential spatial cell interactions to consider, we often wish to identify specific interactions that are useful in making such predictions. We present an approach to achieve these goals based on summarizing spatial relationships in the TME using spatial K functions, and then applying functional data analysis and random forest models to both predict outcomes of interest and identify important spatial relationships. This approach is shown to be effective in simulation experiments. We further used the proposed approach to interrogate two real data sets of Multiplexed Ion Beam Images of TMEs in triple negative breast cancer and lung cancer patients. The methods proposed are publicly available in a companion R package funkycells . Author summary Spatial data on the tumor microenvironment (TME) are becoming more prevalent. Existing methods to interrogate such data often have several deficiencies: (1) they rely on estimating the spatial relationships among cells by examining simple counts of cells within a single radius, (2) they do not come with ways to evaluate the statistical significance of any findings, or (3) they consider multiple individual interactions resulting in overly optimistic estimates of interaction importances. Our approach, which leverages techniques in spatial statistics and uses a benchmark ensemble machine learning method addresses (1), since the K functions used encode the relative densities of cells over all radii up to a user-selected maximum radius, and (2) we have developed a custom approach based on permutation and cross-validation to evaluate the statistical significance of any findings of significant spatial interactions in the TME, (3) over potentially multiple interactions. Our approach is also freely available with an R implementation called funkycells . In the analysis of two real data sets, we have seen that the method performs well, and gives the expected results. We think this will be a robust tool to add to the toolbox for researchers looking to interrogate, what can be sometimes unwieldy, TME data.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».