發(fā)布時(shí)間：2018-07-24來(lái)源：來(lái)源：光明日?qǐng)?bào)
“設(shè)備為我國(guó)全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，首次實(shí)現(xiàn)了以機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能算法為邏輯判定的細(xì)胞重編程命運(yùn)的自動(dòng)化誘導(dǎo)。設(shè)備的成功研制，改善了我國(guó)高端生命科學(xué)儀器裝備幾乎依靠歐美進(jìn)口的局面，其成果展示了我國(guó)在細(xì)胞制備領(lǐng)域高端科研裝備的先進(jìn)性；為降低細(xì)胞的生產(chǎn)成本、提高細(xì)胞制備質(zhì)量、更廣泛地服務(wù)臨床奠定了裝備基礎(chǔ)。”中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下簡(jiǎn)稱廣州生物院）副院長(zhǎng)潘光錦口中的設(shè)備，指的是該院全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備。不久前，這套設(shè)備順利通過(guò)了最后驗(yàn)收。這也標(biāo)志著全球首臺(tái)自動(dòng)化無(wú)人監(jiān)守、應(yīng)用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能化干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備誕生。
人工操作難規(guī)范，干細(xì)胞研究遇瓶頸
干細(xì)胞是具有自我復(fù)制功能及多向分化潛能的細(xì)胞，在特定條件下能再生成人體的各種細(xì)胞、組織或器官，在醫(yī)學(xué)界有“萬(wàn)能細(xì)胞”之稱。干細(xì)胞在基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有重要意義，在再生醫(yī)學(xué)、疾病模型、藥物篩選、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分廣闊。但由于常規(guī)干細(xì)胞存在不足的限制，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞這一干細(xì)胞研究的新領(lǐng)域逐漸興起，研究人員試圖通過(guò)這一方式解決干細(xì)胞作為種子細(xì)胞的來(lái)源問(wèn)題。
“誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎干細(xì)胞極為相似，是胚胎干細(xì)胞的完美替代細(xì)胞?！睆V州生物院黨委副書(shū)記、副院長(zhǎng)段子淵介紹。目前，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究廣泛應(yīng)用于新藥研發(fā)、神經(jīng)損傷修復(fù)、心肌細(xì)胞修復(fù)、組織器官再生或移植等再生醫(yī)療研究領(lǐng)域。
在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，干細(xì)胞誘導(dǎo)、培養(yǎng)及篩選過(guò)程均只能依靠人工操作完成。但人工操作一方面缺乏對(duì)細(xì)胞命運(yùn)變化及克隆篩選和擴(kuò)增的實(shí)時(shí)及定量監(jiān)控，難以實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞誘導(dǎo)流程的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化，另一方面還面臨效率低、成本高、通量低、安全性差等諸多問(wèn)題。因此，如何實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞自動(dòng)化規(guī)模化的均質(zhì)培養(yǎng)與擴(kuò)增，避免批次不統(tǒng)一、質(zhì)量不均一等問(wèn)題，是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用亟須突破的瓶頸。
“質(zhì)”“量”齊飛躍，標(biāo)準(zhǔn)高效一機(jī)兼顧
在財(cái)政部國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目的資金支持下，廣州生物院的“全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備研制”項(xiàng)目以原創(chuàng)新技術(shù)為核心，利用院內(nèi)國(guó)際領(lǐng)先的干細(xì)胞誘導(dǎo)分化技術(shù)等研究成果，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)，歷時(shí)4年，攻克8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制出了國(guó)際首臺(tái)干細(xì)胞自動(dòng)化、智能化誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備。
全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備占地25平方米，由自動(dòng)化培養(yǎng)箱系統(tǒng)、自動(dòng)化液體處理系統(tǒng)、顯微在線觀測(cè)系統(tǒng)、高精度克隆挑取系統(tǒng)、培養(yǎng)皿傳送系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)六大模塊組成。
據(jù)科研人員介紹，干細(xì)胞的重編程是從一個(gè)個(gè)體化的矩陣培養(yǎng)箱開(kāi)始，培養(yǎng)箱可并行培養(yǎng)24份個(gè)體化的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。然后，再由自動(dòng)傳送臂在b級(jí)環(huán)境下將6孔細(xì)胞培養(yǎng)板從培養(yǎng)箱傳送至操作艙中。隨后，培養(yǎng)板就被置入成像區(qū)。接下來(lái)，擁有1.2微米分辨率的顯微成像系統(tǒng)就會(huì)對(duì)其成像，整個(gè)過(guò)程不超過(guò)10分鐘。
“有了這臺(tái)設(shè)備后，從事誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的科研人員不再僅靠人工操作養(yǎng)細(xì)胞，甚至不具備養(yǎng)細(xì)胞技術(shù)的人，只要靠這臺(tái)儀器就能獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞?！睆V州生物院研究員陳捷凱表示。
推進(jìn)干細(xì)胞裝備領(lǐng)域自主研發(fā)進(jìn)程
“將干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)流程自動(dòng)化，其意義不僅是簡(jiǎn)單節(jié)約人力，更是推動(dòng)我國(guó)干細(xì)胞基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用發(fā)展的必經(jīng)之路?！睆V州生物院副院長(zhǎng)潘光錦這樣形容這一設(shè)備的科學(xué)意義。全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備第一次實(shí)現(xiàn)了以機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能算法為判定的細(xì)胞重編程命運(yùn)的自動(dòng)化誘導(dǎo)，整機(jī)技術(shù)及識(shí)別核心算法的應(yīng)用已達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。
針對(duì)自動(dòng)化、規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化獲得干細(xì)胞的需求，項(xiàng)目組完成了全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備研制工作，設(shè)備的所有技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到實(shí)施方案規(guī)定的考核指標(biāo)要求。在設(shè)備的綜合驗(yàn)收中，由中科院院士徐濤領(lǐng)銜的綜合驗(yàn)收專家組在驗(yàn)收中對(duì)設(shè)備作出上述評(píng)價(jià)。
“該設(shè)備的成功研制將促進(jìn)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，推進(jìn)我國(guó)在干細(xì)胞裝備領(lǐng)域的自主研發(fā)進(jìn)程，推動(dòng)我國(guó)干細(xì)胞基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的快速發(fā)展，為干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)及精準(zhǔn)醫(yī)療的研究奠定基礎(chǔ)。”中國(guó)科學(xué)院微電子所研究員夏洋表示。
?。ㄔd于《光明日?qǐng)?bào)》 2018-07-17 08版）
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