Bei der Entwicklung eines Embryos beeinflussen chemische Signale aus der Umgebung, welche Gene in einer Zelle aktiv werden und welche Aufgabe sie übernimmt. Die Signale wirken über sogenannte Signalwege. Bisher mussten Forschende deren Auswirkungen für verschiedene Zelltypen jeweils gesondert untersuchen. Das neue Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass ein Signalweg in unterschiedlichen Zelltypen ein wiedererkennbares Muster der Genaktivität hinterlässt.
IRIS ist ein neuronales Netzwerk, das die Genaktivität einer Zelle auswertet und daraus schätzt, welche Signalwege zu bestimmten Entwicklungszeitpunkten aktiv waren. Das Modell wurde mit Daten von Tausenden menschlichen embryonalen Stammzellen trainiert. Diese Zellen hatten auf Kombinationen von Dutzenden Signalen aus sechs wichtigen Signalwegen reagiert; die Messungen erfolgten in mehreren Entwicklungsphasen.
Zum Test untersuchte das Team einzelne Zellen aus Maus-Embryonen während der Gastrulation. In dieser Phase entwickeln sich Zellen rasch in unterschiedliche Richtungen. IRIS sagte voraus, wann und wo bestimmte Signalwege in Zellen aktiv waren, aus denen später Gewebe des Herzens, Darms, der Muskeln und des Rückenmarks hervorgehen. Laut MIT kann das Modell auch Zelltypen auswerten, denen es im Training noch nicht begegnet ist. Möglich wird das, weil die erkannten Muster eines Signalwegs laut Studie über Zelltypen hinweg ähnlich bleiben.
Die Ergebnisse wurden am 8. September in Nature Methods veröffentlicht. Die Forschenden sehen mögliche Anwendungen darin, Entwicklungsprozesse in Embryonen umfassender zu untersuchen und nachzuvollziehen, wie sie bei Krankheiten verändert sein könnten. Langfristig könnten solche Erkenntnisse auch dabei helfen, Stammzellen im Labor gezielt zu bestimmten Zelltypen zu entwickeln und Organoide für Krankheitsforschung oder Medikamententests herzustellen. Dafür müsste bekannt sein, welche Signale eine Stammzelle in eine gewünschte Richtung lenken. Die MIT-Veröffentlichung ist auf den 15. Oktober 2026 datiert.