Explainable AI-based analysis of human pancreas sections identifies traits of type 2 diabetes

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Lukas Klein - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), ETH Zürich, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Autor:in)
  • Sebastian Ziegler - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Felicia Gerst - , Eberhard Karls Universität Tübingen, Universitätsklinikum Tübingen, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Yanni Morgenroth - , Molekulare Diabetologie, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München (Autor:in)
  • Karol Gotkowski - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Eyke Schöniger - , Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Molekulare Diabetologie, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München (Autor:in)
  • Martin Heni - , Universität Ulm, Universitätsklinikum Tübingen (Autor:in)
  • Nicole Kipke - , Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Molekulare Diabetologie, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München, Klinik und Poliklinik für Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie (Autor:in)
  • Daniela Friedland - , Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Molekulare Diabetologie, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München (Autor:in)
  • Annika Seiler - , Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Molekulare Diabetologie, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München (Autor:in)
  • Ellen Geibelt - , Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB) (Autor:in)
  • Hajime Yamazaki - , Kyoto University, Fukushima Medical University (Autor:in)
  • Hans Ulrich Häring - , Eberhard Karls Universität Tübingen, Universitätsklinikum Tübingen, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Silvia Wagner - , Universitätsklinikum Tübingen (Autor:in)
  • Silvio Nadalin - , Universitätsklinikum Tübingen (Autor:in)
  • Alfred Königsrainer - , Universitätsklinikum Tübingen (Autor:in)
  • Andre L. Mihaljevic - , Universitätsklinikum Tübingen (Autor:in)
  • Daniel Hartmann - , Universitätsklinikum Tübingen (Autor:in)
  • Falko Fend - , Universitätsklinikum Tübingen (Autor:in)
  • Daniela Aust - , Institut für Pathologie, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden (Autor:in)
  • Jürgen Weitz - , Klinik und Poliklinik für Viszeral- Thorax- und Gefäßchirurgie, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München (Autor:in)
  • Reiner Jumpertz-von Schwartzenberg - , Eberhard Karls Universität Tübingen, Universitätsklinikum Tübingen, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Marius Distler - , Klinik und Poliklinik für Viszeral- Thorax- und Gefäßchirurgie, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München (Autor:in)
  • Klaus Maier-Hein - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Universität Heidelberg (Autor:in)
  • Andreas L. Birkenfeld - , Eberhard Karls Universität Tübingen, Universitätsklinikum Tübingen, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Susanne Ullrich - , Eberhard Karls Universität Tübingen, Universitätsklinikum Tübingen, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Paul F. Jäger - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Fabian Isensee - , Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ) (Autor:in)
  • Michele Solimena - , Molekulare Diabetologie, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Paul Langerhans Institut Dresden (PLID) des Helmholtz Zentrum München (Autor:in)
  • Robert Wagner - , Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Universitätsklinikum Düsseldorf, Deutsche Diabetes-Zentrum (DDZ) - Leibniz-Zentrum für Diabetes-Forschung (Autor:in)

Abstract

Type 2 diabetes (T2D) is a chronic disease currently affecting around 500 million people worldwide with often severe health consequences. Yet, histopathological analyses are still inadequate to infer the glycaemic state of a person based on morphological alterations linked to impaired insulin secretion and β-cell failure in T2D. Giga-pixel microscopy can capture subtle morphological changes, but data complexity exceeds human analysis capabilities. In response, we generate a dataset of pancreas whole-slide images from living donors with multiple chromogenic and multiplex immunofluorescence stainings and train deep learning models to predict the T2D status. Using explainable AI, we make the learned relationships interpretable, quantify them as biomarkers, and assess their association with T2D. Remarkably, the highest prediction performance is achieved by simultaneously focusing on islet α- and δ-cells and neuronal axons, alongside subtle pancreatic alterations in T2D donors such as larger adipocyte clusters, altered islet-adipocyte proximity and smaller islets. This data-driven approach provides a foundation for future research into relevant diagnostic and therapeutic targets, refining several hypotheses regarding tissue alterations associated with T2D.

Details

OriginalspracheEnglisch
Aufsatznummer1558
Seitenumfang17
FachzeitschriftNature communications
Jahrgang17
Ausgabenummer1
PublikationsstatusVeröffentlicht - 9 Feb. 2026
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 41663377