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deepspot-m

Générez une transcriptomique spatiale virtuelle à l'échelle du transcriptome à partir d'histologie H&E avec DeepSpot-M. À utiliser lorsque vous avez besoin d'expression génique spatiale en log1p-CPM pour des tuiles 224×224 à environ 20x, que vous souhaitez interroger des gènes codant pour des protéines par symbole plutôt qu'un panel fixe, ou que vous voulez exécuter une prédiction sur une lame entière après avoir réalisé le tuilage avec histolab.

Qu'est-ce que deepspot-m ?

DeepSpot-M est un modèle de fondation multimodal qui prend une tuile d'histologie H&E de 224×224 pixels et génère une expression génique spatiale virtuelle en log1p-CPM pour chaque gène interrogé. Le modèle utilise un backbone de pathologie fondation (Midnight) adapté par LoRA pour tokeniser la tuile, un décodeur de gènes à attention croisée permettant à chaque requête de gène d'interagir avec les jetons de la tuile, et un hyper-réseau de routage de gènes qui construit des projections spécifiques à chaque gène à partir d'embeddings biologiques figés (Evo 2, Orthrus, ProtT5, scGPT, Apertus). Cela permet d'interroger l'un des ~19 000 gènes codant pour des protéines du panel, y compris des gènes jamais vus pendant l'entraînement. Le code utilise la licence PolyForm Noncommercial 1.0.0 et les poids la licence CC-BY-NC-SA-4.0, et les poids sont sur accès restreint sur Hugging Face. L'installation se fait via `uv pip install deepspotm==1.0.0`, et l'utilisation typique consiste à charger le modèle avec `DeepSpotM.from_pretrained` et à appeler `predict_genes` avec une liste de symboles HGNC. Les tuiles doivent être en RGB 224×224 à environ 20x (≈0,5 micron par pixel). Pour une lame entière, on assemble d'abord les tuiles avec histolab, on les traite par lots, puis on concatène les matrices tuiles×gènes pour obtenir une carte de transcriptomique spatiale virtuelle compatible avec AnnData.

Compatible avec~Claude Code~Codex CLI~Cursor
npx skills add https://github.com/K-Dense-AI/scientific-agent-skills/tree/main/skills/deepspot-m

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Documentation

Que fait deepspot-m ?

Aperçu

DeepSpot-M est un modèle de fondation multimodal qui transforme une tuile d'histologie H&E de 224×224 pixels en expression génique spatiale en log1p-CPM. La sortie est une transcriptomique spatiale virtuelle : une valeur par gène interrogé et par tuile, disposée sur la grille d'origine des tuiles.

Un backbone de fondation pathologique (Midnight) adapté par LoRA tokenise la tuile. Un décodeur de gènes à attention croisée permet à chaque requête de gène d'interagir avec les jetons de la tuile, et un hyper-réseau de routage de gènes construit des projections spécifiques à chaque gène à partir d'embeddings biologiques figés (Evo 2, Orthrus, ProtT5, scGPT, Apertus). Les gènes entrent dans le modèle sous forme d'embeddings interrogeables plutôt que de créneaux de sortie fixes, de sorte que le modèle publié couvre un panel d'environ 19 000 gènes codant pour des protéines, y compris des gènes jamais vus pendant l'entraînement. Le panel est livré avec les poids sous le nom tokens.csv et est exposé sous model.gene_names ; les gènes en dehors de ce panel ne peuvent pas être interrogés dans cette version.

Appliqué à TCGA, le modèle a produit un atlas de transcriptomique spatiale virtuelle de 28 664 lames couvrant 32 types de cancer.

Licence

Le code est sous licence PolyForm Noncommercial 1.0.0 et les poids sous licence CC-BY-NC-SA-4.0. Utilisez-le pour la recherche non commerciale et vérifiez les deux licences avant de redistribuer les sorties.

Installation

uv pip install deepspotm==1.0.0

La version 1.0.0 cible Python 3.10 à 3.13 et inclut PyTorch. Installez d'abord la version de PyTorch correspondant à votre version de CUDA si vous souhaitez une inférence GPU.

Accès au modèle

Les poids sont sous accès restreint :

  1. Ouvrez https://huggingface.co/ratschlab/DeepSpotM et demandez l'accès.
  2. Une fois l'accès accordé, authentifiez la machine qui les téléchargera :
huggingface-cli login

from_pretrained lit ce jeton mis en cache, donc une connexion est nécessaire une fois par machine.

Démarrage rapide

from deepspotm import DeepSpotM

model, image_processor = DeepSpotM.from_pretrained("ratschlab/DeepSpotM", source="scgpt")

vals = model.predict_genes(image_processor(pil_tile).unsqueeze(0), ["EPCAM", "CD3D"])

pil_tile est une image PIL de exactement 224×224 pixels. image_processor la convertit en tenseur, unsqueeze(0) ajoute la dimension du lot, et predict_genes prend le lot ainsi qu'une liste de symboles de gènes HGNC. Les valeurs sont renvoyées en log1p-CPM, alignées avec la liste de gènes que vous avez passée, alors conservez cette liste à côté de la sortie pour garder les colonnes étiquetées. Les symboles doivent faire partie du panel d'environ 19 000 gènes publié (model.gene_names) ; un symbole inconnu lève une KeyError nommant les gènes incriminés.

Exigences pour les tuiles

Les tuiles doivent être en RGB 224×224 à environ 20x de grossissement (environ 0,5 micron par pixel). Vérifiez la taille à la limite de votre pipeline plutôt que de passer une culture non vérifiée :

TILE_PX = 224

def require_tile(tile):
    """Retourne une tuile RGB 224×224, ou lève une exception si la culture est de la mauvaise taille."""
    if tile.size != (TILE_PX, TILE_PX):
        raise ValueError(
            f"DeepSpot-M s'attend à une tuile de {TILE_PX}x{TILE_PX} à environ 20x "
            f"(~0,5 micron par pixel) ; a reçu {tile.size[0]}x{tile.size[1]}. "
            "Re-tuilez au niveau correspondant ou rééchantillonnez la culture."
        )
    return tile.convert("RGB")

Extrayez les tuiles au niveau de la lame dont la résolution est la plus proche de 0,5 micron par pixel, puis recadrez à 224×224 à ce niveau. Le rééchantillonnage à partir d'un niveau plus grossier modifie la texture que le backbone lit.

Gardez la dépendance optionnelle

deepspotm et ses poids sont une dépendance lourde et sous accès restreint. Importez-la à l'intérieur de la fonction qui en a besoin afin que le projet environnant s'installe, s'importe et se teste sans elle, et transformez une ImportError en un message qui nomme chaque étape :

DEEPSPOTM_HELP = (
    "DeepSpot-M est indisponible. Installez-le avec `uv pip install deepspotm==1.0.0`, demandez "
    "l'accès aux poids sous accès restreint sur https://huggingface.co/ratschlab/DeepSpotM, puis "
    "authentifiez-vous avec `huggingface-cli login`."
)

def load_deepspotm(source="scgpt"):
    try:
        from deepspotm import DeepSpotM
    except ImportError as exc:
        raise RuntimeError(DEEPSPOTM_HELP) from exc
    return DeepSpotM.from_pretrained("ratschlab/DeepSpotM", source=source)

Sources d'embeddings

source sélectionne l'embedding de gène figé à partir duquel le routeur construit les projections. Il peut prendre l'une des cinq valeurs suivantes :

sourceEmbedding de gène
evo2séquence génomique
orthrusARN
prott5séquence protéique
scgptexpression unicellulaire
apertusmodèle de langage

Chacune donne une vision différente de l'identité du gène. Choisissez-en une par exécution, et exécutez les mêmes tuiles avec plusieurs sources lorsque ce choix est important pour votre analyse. Consultez references/api.md pour la surface d'appel complète, le groupement par lots et le placement sur périphérique, la gestion des symboles de gènes et les unités de sortie.

Flux de travail pour lame entière

La prédiction se fait par tuile, donc une exécution à l'échelle de la lame est une étape de tuilage suivie d'une inférence par lots :

  1. Extrayez des tuiles de 224×224 sur une grille avec la compétence histolab, en conservant les coordonnées de chaque tuile.
  2. Traitez et empilez les tuiles en lots avec torch.stack.
  3. Appelez predict_genes une fois par lot avec la même liste de gènes.
  4. Concaténez les lots en une matrice tuiles×gènes et attachez les coordonnées.

Cette matrice est la carte de transcriptomique spatiale virtuelle pour la lame, et elle s'intègre directement dans AnnData pour une analyse spatiale en aval. references/whole_slide.md contient une boucle détaillée, la taille des lots et une étape d'assemblage dans AnnData.

Cas d'utilisation courants

  • Cartes d'expression spatiale pour des gènes marqueurs à travers une section tumorale.
  • Prédiction à l'échelle du transcriptome sur une cohorte de lames sans essai de dosage correspondant.
  • Interrogation de n'importe lequel des ~19 000 gènes du panel par symbole, y compris les gènes jamais vus pendant l'entraînement — bien au-delà des quelques centaines de gènes d'un panel spatial typique.
  • Ajout d'un canal d'expression à un pipeline d'histologie basé uniquement sur la morphologie.
  • Construction d'un atlas de cohorte au niveau de la lame, comme cela a été fait pour TCGA.

Références détaillées

  • references/api.md : from_pretrained et predict_genes en détail, les cinq sources d'embeddings et comment choisir, le groupement par lots, le placement sur périphérique, la gestion des symboles de gènes et la conversion des sorties log1p-CPM.
  • references/whole_slide.md : tuilage avec histolab, boucle de prédiction à l'échelle de la lame, assemblage et stockage d'une matrice tuiles×gènes, et exécutions à l'échelle de la cohorte.

Sources principales

Individual skills in this repo

This repo contains 20 individual skills — each has its own dedicated page.

adaptyv

How to use the Adaptyv Bio Foundry API and Python SDK for protein experiment design, submission, and results retrieval. Use this skill whenever the user mentions Adaptyv, Foundry API, protein binding assays, protein screening experiments, BLI/SPR assays, thermostability assays, or wants to submit protein sequences for experimental characterization. Also trigger when code imports `adaptyv`, `adaptyv_sdk`, or `FoundryClient`, or references `foundry-api-public.adaptyvbio.com`.

aeon

This skill should be used for time series machine learning tasks including classification, regression, clustering, forecasting, anomaly detection, segmentation, and similarity search. Use when working with temporal data, sequential patterns, or time-indexed observations requiring specialized algorithms beyond standard ML approaches. Particularly suited for univariate and multivariate time series analysis with scikit-learn compatible APIs.

alphagenome

Look up precomputed AlphaGenome Atlas effects for any GRCh38 single-nucleotide variant (AVI score with Phred and 18 SHAP feature attributions, plus raw and quantile scores for RNA-seq, DNase, ATAC, ChIP-TF, ChIP-histone, CAGE, PRO-cap, splicing, polyadenylation and contact-map tracks), score variants or scan windows on demand with the AlphaGenome model for human and mouse (variant scoring, in silico mutagenesis, REF-versus-ALT track prediction), and build Atlas website deep links. Use when the user mentions AlphaGenome, AlphaGenome Atlas, AVI or AlphaGenome Variant Impact, DeepMind variant effect prediction, or wants to prioritise or mechanistically interpret non-coding, regulatory, splicing, enhancer, promoter, or chromatin-accessibility effects of SNVs from a VCF, credible set, or region. Research use only; not a clinical tool.

analytical-method-validation

Plan, execute, and document validation, verification, and transfer of analytical procedures under the governing framework - ICH Q2(R2) and Q14, USP <1220>/<1225>/<1226>, ICH M10 bioanalytical, CLSI EP, or ISO/IEC 17025. Use for HPLC, LC-MS/MS, GC, CE, ICP-MS, dissolution, qNMR, qPCR, NIR, and ligand binding or cell-based assays whenever the question is whether a procedure is fit for its intended purpose. Triggers include

anndata

Data structure for annotated matrices in single-cell analysis. Use when working with .h5ad files or integrating with the scverse ecosystem. This is the data format skill—for analysis workflows use scanpy; for probabilistic models use scvi-tools; for population-scale queries use cellxgene-census.

arbor

Autonomously improve a real artifact (code, training recipe, agent harness, data pipeline, prompt) against an objective and an evaluator, using Hypothesis Tree Refinement (HTR) from the Arbor paper. Use this whenever someone wants to iteratively optimize something over many experiments without overfitting — e.g.

arboreto

Infer gene regulatory networks (GRNs) from gene expression data using scalable algorithms (GRNBoost2, GENIE3). Use when analyzing transcriptomics data (bulk RNA-seq, single-cell RNA-seq) to identify transcription factor-target gene relationships and regulatory interactions. Supports distributed computation for large-scale datasets.

astropy

Core Python library for astronomy and astrophysics workflows that need Astropy APIs, including units/quantities, coordinates, FITS I/O, tables, time systems, WCS, and cosmology. Use when implementing or debugging astronomical data analysis code with Astropy.

autoskill

Observe the user

benchling-integration

Benchling Python SDK and REST API integration for registry entities, inventory, ELN entries, workflows, Benchling Apps, and Data Warehouse queries. Use when automating lab data with benchling-sdk or the v2 API.

bgpt-paper-search

Search scientific papers and retrieve structured experimental data extracted from full-text studies via the BGPT MCP server. Returns 25+ fields per paper including methods, results, sample sizes, quality scores, and conclusions. Use for literature reviews, evidence synthesis, and finding experimental details not available in abstracts alone.

bids

>

biopython

Comprehensive molecular biology toolkit. Use for sequence manipulation, file parsing (FASTA/GenBank/PDB), phylogenetics, and programmatic NCBI/PubMed access (Bio.Entrez). Best for batch processing, custom bioinformatics pipelines, BLAST automation. For quick lookups use gget; for multi-service integration use bioservices.

bioservices

Unified Python interface to 40+ bioinformatics services. Use when querying multiple databases (UniProt, KEGG, ChEMBL, Reactome) in a single workflow with consistent API. Best for cross-database analysis, ID mapping across services. For quick single-database lookups use gget; for sequence/file manipulation use biopython.

bulk-rnaseq

End-to-end bulk RNA-seq orchestrator — takes raw FASTQ reads through QC and trimming (FastQC, fastp/Trim Galore), alignment and quantification (STAR, Salmon, featureCounts), assembles a gene-level counts matrix, then hands off to differential expression (pydeseq2), pathway/GSEA enrichment (pathway-enrichment), and publication figures (scientific-visualization). Use whenever the user has bulk RNA-seq reads or quant output and wants a complete, reproducible differential-expression workflow — e.g.

cellxgene-census

Query the CZ CELLxGENE Census programmatically for versioned public single-cell and spatial transcriptomics data. Use when you need population-scale cell metadata, gene expression slices, Census summary counts, source H5AD URIs/downloads, embeddings, spatial Census data, or reference atlas comparisons across organisms, tissues, diseases, assays, and cell types. For analyzing your own local single-cell data use scanpy, anndata, or scvi-tools.

cirq

Google quantum computing framework. Use when targeting Google Quantum AI hardware, designing noise-aware circuits, or running quantum characterization experiments. Best for Google hardware, noise modeling, and low-level circuit design. For IBM hardware use qiskit; for quantum ML with autodiff use pennylane; for physics simulations use qutip.

citation-management

Comprehensive citation management for academic research. Search OpenAlex, PubMed, and Google Scholar for papers, extract accurate metadata, validate citations, and generate properly formatted BibTeX entries. This skill should be used when you need to find papers, verify citation information, convert DOIs to BibTeX, or ensure reference accuracy in scientific writing.

clinical-decision-support

Prepare and validate research-only clinical decision-support evaluation, evidence-profile, cohort, survival, biomarker/model, privacy, and governance artifacts. Use for aggregate or synthetic research documentation and traceability—not patient care or live clinical operation.

clinical-reports

Create safety-bounded draft structures and run local deterministic checks for clinical case, diagnostic, trial, safety, and aggregate research reports. Use only with synthetic, de-identified, or aggregate inputs and verified source-fact manifests; every output requires qualified review.

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