5月15日，中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院宣布，由該院承擔(dān)的國家重大科研裝備“全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備”通過驗(yàn)收，這是國際上首臺(tái)全自動(dòng)的干細(xì)胞制備的設(shè)備。
1、 讓路人甲都能培養(yǎng)出一流的干細(xì)胞
“全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備”在國際上首次利用機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全能干細(xì)胞的自動(dòng)化誘導(dǎo)?？蒲腥藛T通過上萬幅不同生長階段的干細(xì)胞圖像，對(duì)機(jī)器進(jìn)行了訓(xùn)練，使其學(xué)會(huì)通過圖像識(shí)別出干細(xì)胞的生長階段，并自動(dòng)根據(jù)不同的生長階段給予不同的培養(yǎng)液。
所謂干細(xì)胞誘導(dǎo)，就是使我們身體已經(jīng)分化了的細(xì)胞，例如表皮細(xì)胞、心臟細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等，倒回它在胚胎時(shí)候的樣子。回到了胚胎階段的“全能干細(xì)胞”可以再次分化成我們需要的器官，例如，給心臟病患者提供一個(gè)全新的、不存在排異問題的心臟。
“在誘導(dǎo)過程中細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)一系列的變化。以往我們都是通過手工操作，要確定細(xì)胞是否已經(jīng)開始分化了，只能靠顯微鏡看形態(tài)，再通過特定的分子標(biāo)記進(jìn)行檢測確認(rèn)。這樣做既費(fèi)事又費(fèi)時(shí)，而且需要經(jīng)過特殊訓(xùn)練的技術(shù)高手才能做成，”中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院黨委副書記段子淵說。
應(yīng)用這套設(shè)備，即使一個(gè)沒有經(jīng)過培訓(xùn)的人員，也可以成功地誘導(dǎo)出干細(xì)胞?！耙囵B(yǎng)一個(gè)做iPSC（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞）的專家，需要經(jīng)過多年的培訓(xùn)，要投入很大資源。我們的設(shè)備可以讓每個(gè)人都可以做出一流的iPSC，讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的人都有可能享受到再生醫(yī)學(xué)的好處，讓每個(gè)人在醫(yī)療面前都是平等的，”負(fù)責(zé)裝備研制的張驍研究員說。
2、干細(xì)胞有啥用？
干細(xì)胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細(xì)胞，在一定條件下，它可以分化為不同的功能細(xì)胞，形成多種組織和器官，并以此為基礎(chǔ)來替代或者修復(fù)那些壞損的組織或器官，進(jìn)而治愈某些疾病。
“簡單地說，我們誘導(dǎo)的全能干細(xì)胞類似于受精卵分化到第3天或者第4天時(shí)候的狀態(tài)，那時(shí)的干細(xì)胞可以變成血液干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、肝臟細(xì)胞和其他各種細(xì)胞，而這些干細(xì)胞是不能逆向地變回全能干細(xì)胞的，”潘光錦研究員說。
由于在疾病治療和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，干細(xì)胞以及以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的再生醫(yī)學(xué)研究被認(rèn)為有可能成為繼藥物治療、手術(shù)治療后的第三代疾病治療途徑。世界各國的許多科學(xué)家們都紛紛踏上干細(xì)胞研究的漫漫征程，試圖解開干細(xì)胞的秘密，找到解鎖生命體再生的鑰匙。
但是，專家認(rèn)為，干細(xì)胞的臨床應(yīng)用還有很長的路要走。“現(xiàn)在我們做的這一步是利用儀器自動(dòng)地把體細(xì)胞誘導(dǎo)成多能干細(xì)胞，要實(shí)現(xiàn)臨床的應(yīng)用，還需要多能干細(xì)胞變成病人想要的細(xì)胞，這是下一步的工作，” 段子淵說。
3、厚積薄發(fā)
“過去幾十年的研究使我們對(duì)細(xì)胞、干細(xì)胞的特性和分化規(guī)律有了深入的了解，只有認(rèn)識(shí)了它的特性，才能進(jìn)行精準(zhǔn)定義、成功培育甚至于大規(guī)模地生產(chǎn)，” 中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院院長裴端卿說。
“在這個(gè)領(lǐng)域，中國具備比國外更好、更快開展研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的社會(huì)基礎(chǔ)?！?nbsp;
2010年，裴端卿團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)細(xì)胞可能在人體200萬億個(gè)細(xì)胞的產(chǎn)生過程中有著重要的作用。2011年，該團(tuán)隊(duì)從人的尿液里分離出了健康的上皮細(xì)胞，并通過誘導(dǎo)使這個(gè)細(xì)胞“返老還童”，回到了受精卵發(fā)育5到6天的胚胎時(shí)期狀態(tài)。2012年，裴端卿團(tuán)隊(duì)將尿液細(xì)胞進(jìn)一步培育為健康的功能完善的神經(jīng)干細(xì)胞，也為帕金森病、阿爾茨海默病的治療提供了理論依據(jù)。
“將來國際主要競爭就是再生醫(yī)學(xué)的競爭，再生醫(yī)學(xué)主要就是干細(xì)胞的制備，我們?nèi)绻梢栽诟杉?xì)胞的制備上得到優(yōu)勢，就可以搶占這個(gè)高地，”裴端卿說。
4、國際領(lǐng)先
本次通過驗(yàn)收的“全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備”是世界上第三臺(tái)可用于干細(xì)胞誘導(dǎo)的設(shè)備，也是第一臺(tái)全自動(dòng)的干細(xì)胞制備設(shè)備。另外兩臺(tái)設(shè)備分別是歐洲干細(xì)胞工廠項(xiàng)目2015年建成的StemCellFactory設(shè)備，和美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）于2016年建成的用于純研究目的干細(xì)胞設(shè)備。
“歐洲干細(xì)胞工廠項(xiàng)目為歐洲科學(xué)家積累了零部件制造經(jīng)驗(yàn)，但并不是全自動(dòng)的。而美國的那臺(tái)設(shè)備是純粹的研究目的，并沒有臨床應(yīng)用的可能性?！迸岫饲湔f。
“全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備”歷時(shí)4年，攻克了8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中包括2個(gè)核心技術(shù)。據(jù)中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院介紹，這臺(tái)設(shè)備擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，建立了從細(xì)胞培養(yǎng)、顯微在線觀測、移液換液、算法識(shí)別、克隆挑取及設(shè)備控制的裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了iPSC自動(dòng)化誘導(dǎo)培養(yǎng)、擴(kuò)增、成像、移液換液、挑克隆，下游分化等功能。華大基因研究院、華東理工大學(xué)等多家用戶單位對(duì)全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備進(jìn)行了測試，驗(yàn)證了設(shè)備進(jìn)行干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)的可行性。
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