機器「學會」識別幹細胞
金羊網訊 記者李鋼、通訊員黃博純攝影報導：機器「學會」識別幹細胞啦！15日，由中科院廣州生物醫藥與健康研究院（以下簡稱「廣州生物院」）承擔的國家重大科研裝備研製項目「全自動幹細胞誘導培養設備」（以下簡稱「培養設備」）正式通過國家重大裝備專項驗收，標誌全球首臺自動化無人堅守、應用深度神經網絡的智能化幹細胞誘導培養設備誕生。
實現了自動化誘導幹細胞
據介紹，培養設備為我國全自主智慧財產權，首次實現了以機器學習及人工智慧算法為邏輯判定的細胞重編程命運的自動化誘導。其中，整機技術及識別核心算法的應用已達國際「並跑」；個別關鍵技術實現了「領跑」。建立了從細胞培養、顯微在線觀測、移液換液、算法識別、克隆挑取及設備控制的裝備技術，實現了iPSC自動化誘導培養、擴增、成像、移液換液、挑克隆，下遊分化等功能。
廣州生物院以原創新技術為核心，利用院內國際領先的iPSC技術、幹細胞誘導分化技術等研究成果，結合自動化技術，項目團隊歷時4年，集智攻關，攻克了8項關鍵技術，其中包裹2個核心技術，並取得多項創新性成果，研製出國際首臺幹細胞自動化、智能化誘導培養設備。
人工判斷轉向機器判斷
據廣州生物院研究員陳捷凱向羊城晚報記者介紹，幹細胞研究的難點在於細胞是活的，只能基於形態，由人工來判斷是否成功將人體細胞誘導成為了幹細胞，但是，人工判斷需要長時間的反覆訓練才可以做到，並且這種判斷的經驗是無法傳授的。而培養設備的出現，使得這樣一個培訓過程，實現了標準化和自動化，能夠通過機器判斷出幹細胞是否已經形成，替代了難以大量培養的專業技術人員，具有非常大的科學價值。
廣州生物院研究員張驍則表示，從科學意義上來說，首先建立了一個可行的數學模型，通過模型，可以預測細胞在誘導的作用下，將要發生的變化，擺脫了原有的人工判斷的傳統做法。
「將專業人員的經驗，總結在一臺機器裡，這在以前從來沒有人做到過。」張驍說。
廣州生物院副院長潘光錦則介紹說，幹細胞的獲得是將人體的細胞，在誘導因子的作用下，一步步誘導成為萬能幹細胞，然後再培養成為所需要的功能細胞，以往則需要由經驗非常豐富的技術人員在誘導過程中進行觀察和判斷，不僅費時，而且一個技術人員同時只能做一到兩個人的幹細胞誘導，而通過不斷地訓練和識別，培養設備可以學會技術人員的經驗，同時操作幾十個人的細胞樣本都不會混亂。
新聞知識點：
幹細胞（Stem Cells）是具有自我複製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，醫學界稱為「萬能細胞」。幹細胞在基礎研究和轉化醫學應用中具有重要意義，在再生醫學、疾病模型、藥物篩選、精準醫學等領域具有廣闊的應用前景。基於常規幹細胞存在的不足，幹細胞研究興起了誘導多能幹細胞（iPSC）新領域的發展，從而解決了幹細胞作為種子細胞的來源問題。
iPSC在形態、基因和蛋白表達、表觀遺傳修飾狀態、細胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎幹細胞極為相似，是胚胎幹細胞的完美替代細胞。目前，iPSC的研究廣泛應用於新藥研發、神經損傷修復、心肌細胞修復、組織器官再生或移植等再生醫療研究領域。
目前，幹細胞誘導、培養及篩選過程均只能依靠人工操作完成。
一方面，由於缺乏對細胞命運變化及 iPSC克隆篩選和擴增的實時及定量監控，難以實現幹細胞誘導流程的規範化與標準化；另一方面，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幹細胞在再生醫學研究領域中的普遍應用。
因此，如何實現幹細胞自動化規模化的均質培養與擴增，避免批次不統一、質量不均一等安全性問題，全自動化的細胞製備是iPSC技術走向實際應用亟需突破的瓶頸。
編輯：alan