广州生物院成立研发国际首台全自动干细胞诱导培养设备

广州生物院成立研发国际首台全自动干细胞诱导培养设备

机器“学会”识别干细胞

金羊网讯  记者李钢、通讯员黄博纯摄影报道：机器“学会”识别干细胞啦！15日，由中科院广州生物医药与健康研究院（以下简称“广州生物院”）承担的国家重大科研装备研制项目“全自动干细胞诱导培养设备”（以下简称“培养设备”）正式通过国家重大装备专项验收，标志全球首台自动化无人坚守、应用深度神经网络的智能化干细胞诱导培养设备诞生。

实现了自动化诱导干细胞

据介绍，培养设备为我国全自主知识产权，首次实现了以机器学习及人工智能算法为逻辑判定的细胞重编程命运的自动化诱导。其中，整机技术及识别核心算法的应用已达国际“并跑”；个别关键技术实现了“领跑”。建立了从细胞培养、显微在线观测、移液换液、算法识别、克隆挑取及设备控制的装备技术，实现了iPSC自动化诱导培养、扩增、成像、移液换液、挑克隆，下游分化等功能。

广州生物院以原创新技术为核心，利用院内国际领先的iPSC技术、干细胞诱导分化技术等研究成果，结合自动化技术，项目团队历时4年，集智攻关，攻克了8项关键技术，其中包裹2个核心技术，并取得多项创新性成果，研制出国际首台干细胞自动化、智能化诱导培养设备。 

人工判断转向机器判断

据广州生物院研究员陈捷凯向羊城晚报记者介绍，干细胞研究的难点在于细胞是活的，只能基于形态，由人工来判断是否成功将人体细胞诱导成为了干细胞，但是，人工判断需要长时间的反复训练才可以做到，并且这种判断的经验是无法传授的。而培养设备的出现，使得这样一个培训过程，实现了标准化和自动化，能够通过机器判断出干细胞是否已经形成，替代了难以大量培养的专业技术人员，具有非常大的科学价值。

广州生物院研究员张骁则表示，从科学意义上来说，首先建立了一个可行的数学模型，通过模型，可以预测细胞在诱导的作用下，将要发生的变化，摆脱了原有的人工判断的传统做法。

“将专业人员的经验，总结在一台机器里，这在以前从来没有人做到过。”张骁说。 

广州生物院副院长潘光锦则介绍说，干细胞的获得是将人体的细胞，在诱导因子的作用下，一步步诱导成为万能干细胞，然后再培养成为所需要的功能细胞，以往则需要由经验非常丰富的技术人员在诱导过程中进行观察和判断，不仅费时，而且一个技术人员同时只能做一到两个人的干细胞诱导，而通过不断地训练和识别，培养设备可以学会技术人员的经验，同时操作几十个人的细胞样本都不会混乱。

新闻知识点：

干细胞（Stem Cells）是具有自我复制功能及多向分化潜能的细胞，在特定条件下能再生成人体的各种细胞、组织或器官，医学界称为“万能细胞”。干细胞在基础研究和转化医学应用中具有重要意义，在再生医学、疾病模型、药物筛选、精准医学等领域具有广阔的应用前景。基于常规干细胞存在的不足，干细胞研究兴起了诱导多能干细胞（iPSC）新领域的发展，从而解决了干细胞作为种子细胞的来源问题。

 iPSC在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等都与胚胎干细胞极为相似，是胚胎干细胞的完美替代细胞。目前，iPSC的研究广泛应用于新药研发、神经损伤修复、心肌细胞修复、组织器官再生或移植等再生医疗研究领域。

目前，干细胞诱导、培养及筛选过程均只能依靠人工操作完成。

一方面，由于缺乏对细胞命运变化及 iPSC克隆筛选和扩增的实时及定量监控，难以实现干细胞诱导流程的规范化与标准化；另一方面，人工操作效率低、成本高、通量低、安全性差等问题进一步限制了干细胞在再生医学研究领域中的普遍应用。

因此，如何实现干细胞自动化规模化的均质培养与扩增，避免批次不统一、质量不均一等安全性问题，全自动化的细胞制备是iPSC技术走向实际应用亟需突破的瓶颈。