我國干細胞制備擺脫“受制于人”
我國干細胞制備領域迎來重大突破。5月15日上午，由中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院承擔的國家重大科研裝備研制項目“全自動干細胞誘導培養(yǎng)設備”，通過國家綜合驗收，標志著全球首臺自動化無人堅守、應用深度神經網絡的智能化干細胞誘導培養(yǎng)設備誕生。
該設備為我國完全自主知識產權，將改善我國高端生命科學儀器裝備幾乎依靠歐美進口的局面，為降低細胞的生產成本、提高細胞制備質量，以及更廣泛地服務臨床，奠定了裝備基礎。
人工操作成為干細胞應用發(fā)展瓶頸
干細胞是具有自我復制功能及多向分化潛能的細胞，在特定條件下能再生成人體的各種細胞、組織或器官，在再生醫(yī)學、疾病模型、藥物篩選、精準醫(yī)學等領域具有廣闊的應用前景，醫(yī)學界稱其為“萬能細胞”。
基于常規(guī)干細胞存在的不足，干細胞研究興起了誘導多能干細胞(IPSC)新領域的發(fā)展，從而解決了干細胞作為種子細胞的來源問題。“目前，干細胞誘導、培養(yǎng)及篩選過程均只能依靠人工操作完成。”國家萬人計劃拔尖人才、“973”計劃青年科學家首席科學家陳捷凱說，“培養(yǎng)一個干細胞IPSC專家，需要國家大量投入。從誘導、篩選到提取干細胞，至少需要一萬小時的訓練，并且這些經驗與方法很難傳授和復制。”而且，即便提取了100個干細胞，其中可能也只有10個是真正有價值的。
在陳捷凱看來，人工操作效率低、成本高、通量低、安全性差等問題進一步限制了干細胞在再生醫(yī)學研究領域中的普遍應用。因此，全自動化的細胞制備是IPSC技術走向實際應用亟需突破的瓶頸。
流程自動化的想法“非常勇敢”
針對干細胞與再生醫(yī)學發(fā)展技術需求及干細胞裝備研發(fā)現(xiàn)狀，廣州生物醫(yī)藥與健康研究院以原創(chuàng)新技術為核心，利用院內國際領先的IPSC技術、干細胞誘導分化技術等研究成果，結合自動化技術，研制出國際首臺干細胞自動化、智能化誘導培養(yǎng)設備。
廣州生物醫(yī)藥與健康研究院黨委副書記段子淵說：“項目的建立要追溯到2012年，干細胞研究在中國慢慢得到重視。當時提出將整個流程自動化，非常有前瞻性，非常勇敢。”
經過多年集智攻關，由張驍研究員帶領的團隊攻克了八項關鍵技術，其中包括兩項核心技術，并取得多項創(chuàng)新性成果。他們建立了從細胞培養(yǎng)、顯微在線觀測、移液換液、算法識別、細胞挑取及設備控制的裝備技術，實現(xiàn)了IPSC自動化誘導培養(yǎng)、擴增、成像、移液換液、細胞挑取、下游分化等功能。
華大基因研究院、華東理工大學等多家用戶單位對全自動干細胞誘導培養(yǎng)設備進行了測試，驗證了設備進行干細胞誘導培養(yǎng)的可行性。
新技術推動干細胞研究和臨床應用發(fā)展
這臺全自動設備到底有多牛？廣州生物醫(yī)藥與健康研究院副院長潘光錦研究員強調，將干細胞誘導培養(yǎng)流程自動化，其意義不僅是簡單節(jié)約人力，而是推動我國干細胞基礎研究和臨床應用發(fā)展的“必經之路”。
機器利用人工智能機器學習輔助無損無標記分析手段，一次可以輕松提取幾百個，且正確率奇高。
從操作效率看，一個經驗豐富的專家挑取20個細胞，需要全神貫注操作兩三個小時；而機器一次操作168個(7×24)樣本，也只需要三個小時。潘光錦告訴記者，像廣州生物院這樣國內非常熟練的實驗團隊，在“比較幸運”的前提下，做一次干細胞誘導培養(yǎng)至少需要一個月，而用這臺設備，只需要三周就可以完成。
而且，“干細胞培養(yǎng)提取需要對細胞進行非常精確的識別和挑選。人會有疲勞的時候，情緒會出現(xiàn)波動，但機器不會出錯。”陳捷凱說，“干細胞的使用方向是醫(yī)學用途，需要穩(wěn)定、標準化的產出。因此，這臺設備為再生醫(yī)學及精準醫(yī)療的研究奠定了裝備基礎，具有強大的市場競爭力和廣闊的市場前景。”
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