中科院發力研發全自動幹細胞誘導設備：讓路人甲都能培養出一流的幹細胞

5月15日，中科院廣州生物醫藥與健康研究院宣布，由該院承擔的國家重大科研裝備「全自動幹細胞誘導培養設備」通過驗收，這是國際上首台全自動的幹細胞製備的設備。

1、讓路人甲都能培養出一流的幹細胞

「全自動幹細胞誘導培養設備」在國際上首次利用機器學習及人工智慧演算法，實現了對全能幹細胞的自動化誘導。科研人員通過上萬幅不同生長階段的幹細胞圖像，對機器進行了訓練，使其學會通過圖像識別出幹細胞的生長階段，並自動根據不同的生長階段給予不同的培養液。

所謂幹細胞誘導，就是使我們身體已經分化了的細胞，例如表皮細胞、心臟細胞、神經細胞等，倒回它在胚胎時候的樣子。回到了胚胎階段的「全能幹細胞」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全新的、不存在排異問題的心臟。

「在誘導過程中細胞會出現一系列的變化。以往我們都是通過手工操作，要確定細胞是否已經開始分化了，只能靠顯微鏡看形態，再通過特定的分子標記進行檢測確認。這樣做既費事又費時，而且需要經過特殊訓練的技術高手才能做成，」中科院廣州生物醫藥與健康研究院黨委副書記段子淵說。

應用這套設備，即使一個沒有經過培訓的人員，也可以成功地誘導出幹細胞。「要培養一個做iPSC（誘導多能幹細胞）的專家，需要經過多年的培訓，要投入很大資源。我們的設備可以讓每個人都可以做出一流的iPSC，讓偏遠地區的人都有可能享受到再生醫學的好處，讓每個人在醫療面前都是平等的，」負責裝備研製的張驍研究員說。

2、幹細胞有啥用？

幹細胞是一類具有自我複製能力的多潛能細胞，在一定條件下，它可以分化為不同的功能細胞，形成多種組織和器官，並以此為基礎來替代或者修復那些壞損的組織或器官，進而治癒某些疾病。

「簡單地說，我們誘導的全能幹細胞類似於受精卵分化到第3天或者第4天時候的狀態，那時的幹細胞可以變成血液幹細胞、神經幹細胞、肝臟細胞和其他各種細胞，而這些幹細胞是不能逆向地變回全能幹細胞的，」潘光錦研究員說。

由於在疾病治療和再生醫學領域具有廣闊應用前景，幹細胞以及以幹細胞為基礎的再生醫學研究被認為有可能成為繼藥物治療、手術治療後的第三代疾病治療途徑。世界各國的許多科學家們都紛紛踏上幹細胞研究的漫漫征程，試圖解開幹細胞的秘密，找到解鎖生命體再生的鑰匙。

但是，專家認為，幹細胞的臨床應用還有很長的路要走。「現在我們做的這一步是利用儀器自動地把體細胞誘導成多能幹細胞，要實現臨床的應用，還需要多能幹細胞變成病人想要的細胞，這是下一步的工作，」 段子淵說。

3、厚積薄發

「過去幾十年的研究使我們對細胞、幹細胞的特性和分化規律有了深入的了解，只有認識了它的特性，才能進行精準定義、成功培育甚至於大規模地生產，」 中科院廣州生物醫藥與健康研究院院長裴端卿說。

「在這個領域，中國具備比國外更好、更快開展研究和產業化進程的社會基礎。」

2010年，裴端卿團隊發現，間充質細胞可能在人體200萬億個細胞的產生過程中有著重要的作用。2011年，該團隊從人的尿液里分離出了健康的上皮細胞，並通過誘導使這個細胞「返老還童」，回到了受精卵發育5到6天的胚胎時期狀態。2012年，裴端卿團隊將尿液細胞進一步培育為健康的功能完善的神經幹細胞，也為帕金森病、阿爾茨海默病的治療提供了理論依據。

「將來國際主要競爭就是再生醫學的競爭，再生醫學主要就是幹細胞的製備，我們如果可以在幹細胞的製備上得到優勢，就可以搶佔這個高地，」裴端卿說。

4、國際領先

本次通過驗收的「全自動幹細胞誘導培養設備」是世界上第三台可用於幹細胞誘導的設備，也是第一台全自動的幹細胞製備設備。另外兩台設備分別是歐洲幹細胞工廠項目2015年建成的StemCellFactory設備，和美國國立衛生研究院（NIH）於2016年建成的用於純研究目的幹細胞設備。

「歐洲幹細胞工廠項目為歐洲科學家積累了零部件製造經驗，但並不是全自動的。而美國的那台設備是純粹的研究目的，並沒有臨床應用的可能性。」裴端卿說。

「全自動幹細胞誘導培養設備」歷時4年，攻克了8項關鍵技術，其中包括2個核心技術。據中科院廣州生物醫藥與健康研究院介紹，這台設備擁有完全自主知識產權，建立了從細胞培養、顯微在線觀測、移液換液、演算法識別、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幹細胞誘導培養設備進行了測試，驗證了設備進行幹細胞誘導培養的可行性。

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