我國(guó)干細(xì)胞制備領(lǐng)域迎來(lái)重大突破。5月15日上午，由中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院承擔(dān)的國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備”，通過(guò)國(guó)家綜合驗(yàn)收，標(biāo)志著全球首臺(tái)自動(dòng)化無(wú)人堅(jiān)守、應(yīng)用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能化干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備誕生。

　　該設(shè)備為我國(guó)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將改善我國(guó)高端生命科學(xué)儀器裝備幾乎依靠歐美進(jìn)口的局面，為降低細(xì)胞的生產(chǎn)成本、提高細(xì)胞制備質(zhì)量，以及更廣泛地服務(wù)臨床，奠定了裝備基礎(chǔ)。

　　人工操作成為干細(xì)胞應(yīng)用發(fā)展瓶頸 

　　干細(xì)胞是具有自我復(fù)制功能及多向分化潛能的細(xì)胞，在特定條件下能再生成人體的各種細(xì)胞、組織或器官，在再生醫(yī)學(xué)、疾病模型、藥物篩選、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，醫(yī)學(xué)界稱其為“萬(wàn)能細(xì)胞”。

　　基于常規(guī)干細(xì)胞存在的不足，干細(xì)胞研究興起了誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(IPSC)新領(lǐng)域的發(fā)展，從而解決了干細(xì)胞作為種子細(xì)胞的來(lái)源問(wèn)題?！澳壳埃杉?xì)胞誘導(dǎo)、培養(yǎng)及篩選過(guò)程均只能依靠人工操作完成?！薄?73”計(jì)劃青年科學(xué)家首席科學(xué)家陳捷凱說(shuō)，“培養(yǎng)一個(gè)干細(xì)胞IPSC專家，需要國(guó)家大量投入。從誘導(dǎo)、篩選到提取干細(xì)胞，至少需要一萬(wàn)小時(shí)的訓(xùn)練，并且這些經(jīng)驗(yàn)與方法很難傳授和復(fù)制?！倍?，即便提取了100個(gè)干細(xì)胞，其中可能也只有10個(gè)是真正有價(jià)值的。

　　在陳捷凱看來(lái)，人工操作效率低、成本高、通量低、安全性差等問(wèn)題進(jìn)一步限制了干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用。因此，全自動(dòng)化的細(xì)胞制備是IPSC技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用亟需突破的瓶頸。

　　流程自動(dòng)化的想法“非常勇敢” 

　　針對(duì)干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)發(fā)展技術(shù)需求及干細(xì)胞裝備研發(fā)現(xiàn)狀，廣州生物醫(yī)藥與健康研究院以原創(chuàng)新技術(shù)為核心，利用院內(nèi)國(guó)際領(lǐng)先的IPSC技術(shù)、干細(xì)胞誘導(dǎo)分化技術(shù)等研究成果，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)，研制出國(guó)際首臺(tái)干細(xì)胞自動(dòng)化、智能化誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備。

　　廣州生物醫(yī)藥與健康研究院黨委副書(shū)記段子淵說(shuō)：“項(xiàng)目的建立要追溯到2012年，干細(xì)胞研究在中國(guó)慢慢得到重視。當(dāng)時(shí)提出將整個(gè)流程自動(dòng)化，非常有前瞻性，非常勇敢?！?/p>

　　經(jīng)過(guò)多年集智攻關(guān)，由張驍研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)攻克了八項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中包括兩項(xiàng)核心技術(shù)，并取得多項(xiàng)創(chuàng)新性成果。他們建立了從細(xì)胞培養(yǎng)、顯微在線觀測(cè)、移液換液、算法識(shí)別、細(xì)胞挑取及設(shè)備控制的裝備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了IPSC自動(dòng)化誘導(dǎo)培養(yǎng)、擴(kuò)增、成像、移液換液、細(xì)胞挑取、下游分化等功能。

　　華大基因研究院、華東理工大學(xué)等多家用戶單位對(duì)全自動(dòng)干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)備進(jìn)行干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)的可行性。

　　新技術(shù)推動(dòng)干細(xì)胞研究和臨床應(yīng)用發(fā)展 

　　這臺(tái)全自動(dòng)設(shè)備到底有多牛？　廣州生物醫(yī)藥與健康研究院副院長(zhǎng)潘光錦研究員強(qiáng)調(diào)，將干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)流程自動(dòng)化，其意義不僅是簡(jiǎn)單節(jié)約人力，而是推動(dòng)我國(guó)干細(xì)胞基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用發(fā)展的“必經(jīng)之路”。

　　機(jī)器利用人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)輔助無(wú)損無(wú)標(biāo)記分析手段，一次可以輕松提取幾百個(gè)，且正確率奇高。

　　從操作效率看，一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的專家挑取20個(gè)細(xì)胞，需要全神貫注操作兩三個(gè)小時(shí)；而機(jī)器一次操作168個(gè)(7×24)樣本，也只需要三個(gè)小時(shí)。潘光錦告訴記者，像廣州生物院這樣國(guó)內(nèi)非常熟練的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，在“比較幸運(yùn)”的前提下，做一次干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)至少需要一個(gè)月，而用這臺(tái)設(shè)備，只需要三周就可以完成。

　　而且，“干細(xì)胞培養(yǎng)提取需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行非常精確的識(shí)別和挑選。人會(huì)有疲勞的時(shí)候，情緒會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，但機(jī)器不會(huì)出錯(cuò)。”陳捷凱說(shuō)，“干細(xì)胞的使用方向是醫(yī)學(xué)用途，需要穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)出。因此，這臺(tái)設(shè)備為再生醫(yī)學(xué)及精準(zhǔn)醫(yī)療的研究奠定了裝備基礎(chǔ)，具有強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的市場(chǎng)前景?！?/p>

　　（原載于《文匯報(bào)》 2018-05-16 08版）