“設備為我國全自主知識產(chǎn)權，首次實(shí)現了以機器學(xué)習及人工智能算法為邏輯判定的細胞重編程命運的自動(dòng)化誘導。設備的成功研制，改善了我國高端生命科學(xué)儀器裝備幾乎依靠歐美進(jìn)口的局面，其成果展示了我國在細胞制備領(lǐng)域高端科研裝備的先進(jìn)性；為降低細胞的生產(chǎn)成本、提高細胞制備質(zhì)量、更廣泛地服務(wù)臨床奠定了裝備基礎?！敝锌圃簭V州生物醫藥與健康研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)廣州生物院）副院長(cháng)潘光錦口中的設備，指的是該院全自動(dòng)干細胞誘導培養設備。不久前，這套設備順利通過(guò)了最后驗收。這也標志著(zhù)全球首臺自動(dòng)化無(wú)人監守、應用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的智能化干細胞誘導培養設備誕生。

       人工操作難規范，干細胞研究遇瓶頸 

　　干細胞是具有自我復制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，在醫學(xué)界有“萬(wàn)能細胞”之稱(chēng)。干細胞在基礎研究和轉化醫學(xué)應用中具有重要意義，在再生醫學(xué)、疾病模型、藥物篩選、精準醫學(xué)等領(lǐng)域的應用前景也十分廣闊。但由于常規干細胞存在不足的限制，誘導多能干細胞這一干細胞研究的新領(lǐng)域逐漸興起，研究人員試圖通過(guò)這一方式解決干細胞作為種子細胞的來(lái)源問(wèn)題。

　　“誘導多能干細胞的形態(tài)、基因和蛋白表達、表觀(guān)遺傳修飾狀態(tài)、細胞倍增能力、類(lèi)胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎干細胞極為相似，是胚胎干細胞的完美替代細胞?！睆V州生物院黨委副書(shū)記、副院長(cháng)段子淵介紹。目前，誘導多能干細胞的研究廣泛應用于新藥研發(fā)、神經(jīng)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(lǐng)域。

　　在相當長(cháng)的一段時(shí)間里，干細胞誘導、培養及篩選過(guò)程均只能依靠人工操作完成。但人工操作一方面缺乏對細胞命運變化及克隆篩選和擴增的實(shí)時(shí)及定量監控，難以實(shí)現干細胞誘導流程的規范化與標準化，另一方面還面臨效率低、成本高、通量低、安全性差等諸多問(wèn)題。因此，如何實(shí)現干細胞自動(dòng)化規?；木|(zhì)培養與擴增，避免批次不統一、質(zhì)量不均一等問(wèn)題，是誘導多能干細胞技術(shù)走向實(shí)際應用亟須突破的瓶頸。

    “質(zhì)”“量”齊飛躍，標準高效一機兼顧 

　　在財政部國家重大科研裝備研制項目的資金支持下，廣州生物院的“全自動(dòng)干細胞誘導培養設備研制”項目以原創(chuàng )新技術(shù)為核心，利用院內國際領(lǐng)先的干細胞誘導分化技術(shù)等研究成果，結合自動(dòng)化技術(shù)，歷時(shí)4年，攻克8項關(guān)鍵技術(shù)，研制出了國際首臺干細胞自動(dòng)化、智能化誘導培養設備。

　　全自動(dòng)干細胞誘導培養設備占地25平方米，由自動(dòng)化培養箱系統、自動(dòng)化液體處理系統、顯微在線(xiàn)觀(guān)測系統、高精度克隆挑取系統、培養皿傳送系統、設備控制系統六大模塊組成。

　　據科研人員介紹，干細胞的重編程是從一個(gè)個(gè)體化的矩陣培養箱開(kāi)始，培養箱可并行培養24份個(gè)體化的誘導多能干細胞。然后，再由自動(dòng)傳送臂在b級環(huán)境下將6孔細胞培養板從培養箱傳送至操作艙中。隨后，培養板就被置入成像區。接下來(lái)，擁有1.2微米分辨率的顯微成像系統就會(huì )對其成像，整個(gè)過(guò)程不超過(guò)10分鐘。

　　“有了這臺設備后，從事誘導多能干細胞的科研人員不再僅靠人工操作養細胞，甚至不具備養細胞技術(shù)的人，只要靠這臺儀器就能獲得誘導多能干細胞?！睆V州生物院研究員陳捷凱表示。

        推進(jìn)干細胞裝備領(lǐng)域自主研發(fā)進(jìn)程 

　　“將干細胞誘導培養流程自動(dòng)化，其意義不僅是簡(jiǎn)單節約人力，更是推動(dòng)我國干細胞基礎研究和臨床應用發(fā)展的必經(jīng)之路?！睆V州生物院副院長(cháng)潘光錦這樣形容這一設備的科學(xué)意義。全自動(dòng)干細胞誘導培養設備第一次實(shí)現了以機器學(xué)習及人工智能算法為判定的細胞重編程命運的自動(dòng)化誘導，整機技術(shù)及識別核心算法的應用已達國際領(lǐng)先水平。

　　針對自動(dòng)化、規?；?、標準化獲得干細胞的需求，項目組完成了全自動(dòng)干細胞誘導培養設備研制工作，設備的所有技術(shù)指標均達到實(shí)施方案規定的考核指標要求。在設備的綜合驗收中，由中科院院士徐濤領(lǐng)銜的綜合驗收專(zhuān)家組在驗收中對設備作出上述評價(jià)。

　　“該設備的成功研制將促進(jìn)誘導多能干細胞在再生醫學(xué)研究領(lǐng)域的實(shí)際應用，推進(jìn)我國在干細胞裝備領(lǐng)域的自主研發(fā)進(jìn)程，推動(dòng)我國干細胞基礎研究和臨床應用的快速發(fā)展，為干細胞再生醫學(xué)及精準醫療的研究奠定基礎?！敝袊茖W(xué)院微電子所研究員夏洋表示。

　?。ㄔd于《光明日報》 2018-07-17 08版）