干细胞，养起来更简单（解码?发现）

本篇文章2202字，读完约6分钟

5月15日，中国科学院广州生物医药与健康研究所(简称广州生物研究所)全自动干细胞诱导培养设备开发项目团队开发的全自动干细胞诱导培养设备顺利通过验收测试，这是世界上第一个全自动、大规模、标准化的干细胞诱导扩增生产系统。该设备将实现诱导干细胞的全自动、大规模、智能化制备，将对再生医学及相关细胞治疗领域产生重大影响。

人工操作难以实现标准化和规范化，已成为干细胞发展的瓶颈

干细胞是具有自我复制功能和多向分化潜能的细胞，能够在特定条件下再生人体的各种细胞、组织或器官，在医学领域被称为“通用细胞”。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、精密医学等领域具有广阔的应用前景。然而，由于常规干细胞的短缺，干细胞研究已经发展到诱导多能干细胞领域，试图解决干细胞作为种子细胞来源的问题。

“科学家们发现，如果对人体细胞进行处理，就可以获得一种新的干细胞，这种干细胞被称为诱导多能干细胞。它在形态、基因和蛋白质表达、表观遗传修饰状态、细胞加倍能力、胚状体和畸形发生能力、分化能力等方面与胚胎干细胞非常相似。是胚胎干细胞的完美替代细胞。”广州生物研究所研究员潘光锦表示:“目前，诱导多能干细胞已成为相关医学研究的核心工具，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领域。”

为了获得大量用于实验的诱导多能干细胞，研究人员需要制备和增殖它们，即滋养细胞。但是，目前的干细胞诱导、培养和筛选过程只能通过人工操作来完成，存在很多缺点。潘光锦说:“一方面，由于缺乏对细胞命运变化和诱导多能干细胞克隆和扩增的实时定量监测，很难实现干细胞诱导过程的标准化和规范化；另一方面，人工操作也存在效率低、成本高、流量低和安全性差的问题。”

因此，如何实现干细胞的自动化大规模同质培养和扩增，避免这些问题，是诱导多能干细胞技术在实践中应用需要突破的瓶颈。

在此背景下，2013年由财政部资助的国家重大科研设备开发项目由广州生物研究所承担。项目团队以创新技术为核心，利用国际领先的诱导多能干细胞和干细胞诱导分化的研究成果，结合自动化技术。用了4年时间攻克了8项关键技术，取得了许多创新成果，并成功研制出世界上第一台全自动干细胞诱导培养设备。

广州生物研究所研究员张伟表示:“有了这种设备，从事诱导多能干细胞的研究人员不再依赖人工操作来培养细胞。即使没有细胞培养技术的人也可以通过这种仪器获得诱导多能干细胞。”

可以实现全过程的实时跟踪和监控，提高干细胞的制备质量

全自动干细胞诱导培养设备占地25平方米，由六个模块组成:自动培养箱系统、自动液体处理系统、显微在线观察系统、高精度克隆和采摘系统、培养皿输送系统和设备控制系统。

据研究人员称，干细胞重新编程始于一个个体化的基质培养箱，它可以并行培养24个个体化的诱导多能干细胞。然后，在B级环境下，通过自动转移臂将6孔细胞培养板从培养箱转移到操作舱。随后，将培养板放置在成像区域中。接下来，分辨率为1.2微米的显微成像系统将在不到10分钟的时间内对其成像。

“独立的基质培养箱主要为细胞培养提供合适的温度、湿度和气体环境，确保细胞培养在合适的环境中进行，并确保单个细胞不会交叉污染。”张晓说:“当人们培养细胞时，他们不会一直监控细胞的状态。该设备可以全天候工作，可以通过手机应用进行监控，并及时完成移液、换液等操作。细胞的培养时间也缩短了。它还可以自动获取细胞生长信息，预测细胞生长趋势，并自动选择符合要求的成熟诱导多能干细胞。”

这改善了中国高端生命科学仪器设备依赖进口的局面

该全自动干细胞诱导培养设备从诱导多能干细胞重编程的全过程研究出发，建立了全过程自动细胞培养诱导技术体系，并利用人工智能机器学习辅助无损无标记分析，建立了基于细胞极性变化的命运控制隐马尔可夫模型数学模型，从而引导细胞重编程理论突破干细胞获取领域从理论模型到制备技术的全过程，实现重编程多能细胞和干细胞的制备。

张伟说:“这项自动化智能技术可以实现gmp水平的细胞制备通量，周期为每月24人，为中国先进生物制造的上游细胞来源提供智能保障。”

干细胞自动诱导培养设备首次实现了机器学习和人工智能算法判断细胞重编程命运的自动诱导，整机技术和鉴定核心算法的应用达到了国际领先水平。

广州生物研究所研究员裴端庆表示，该设备的成功开发标志着我国干细胞设备自主研发的新突破，改善了我国高端生命科学仪器设备从欧美进口的局面，其成果填补了我国在该领域的多项空白。

项目技术验收专家认为，该项目的研究成果涵盖了生物技术自主创新体系基础研究、应用研究和开发研究的全过程，将有助于该领域整体“并行运行”和局部“领先”，初步建立系统的生物技术创新体系，突破若干核心关键技术难点。

中国科学院微电子研究所研究员杨霞表示:“该设备的成功研制将促进诱导多能干细胞在再生医学研究领域的实际应用，推动我国干细胞设备领域的自主研发进程，促进我国干细胞的基础研究和临床应用。这一快速发展为干细胞再生医学和精密医学的研究奠定了基础。”

据了解，目前各医院临床应用细胞治疗迫切需要干细胞制备设备，自动干细胞诱导培养设备已在各研究单位或一流医院研究中心逐步推广。该设备减少了人工干预，实现了多群体、低成本、高质量、一体化的干细胞生产，具有巨大的社会效益。

《人民日报》(2018年5月16日，第12版)

来源：搜狐微门户