原標題：世界首臺全自動化干細胞誘導培養設備通過驗收

　　干細胞，養起來更簡單（解碼·發現）

　　5月15日，中科院(yuan)廣州生物(wu)醫(yi)藥與健(jian)康研(yan)究院(yuan)（簡稱廣州生物(wu)院(yuan)）全(quan)自動干(gan)細(xi)胞誘導(dao)培(pei)養設(she)備(bei)研(yan)制項目團隊研(yan)制的全(quan)自動干(gan)細(xi)胞誘導(dao)培(pei)養設(she)備(bei)順利通過驗(yan)收，這是世(shi)界上首臺全(quan)自動、大(da)規(gui)(gui)模、規(gui)(gui)范化(hua)誘導(dao)及擴增(zeng)的干(gan)細(xi)胞誘導(dao)生產(chan)(chan)系統。該設(she)備(bei)將(jiang)實(shi)現全(quan)自動化(hua)、規(gui)(gui)模化(hua)、智(zhi)能化(hua)的誘導(dao)干(gan)細(xi)胞制備(bei)，對再(zai)生醫(yi)學及其相關的細(xi)胞治療領域產(chan)(chan)生重(zhong)大(da)影響。

　　人工操作難以實現規范化與標準化，已成干細胞發展瓶頸

　　干(gan)(gan)細胞(bao)是(shi)具有自我復制功能及(ji)多向分化潛能的(de)(de)細胞(bao)，在(zai)(zai)(zai)特定條件下能再生成人體的(de)(de)各種(zhong)細胞(bao)、組織(zhi)或(huo)器官，醫(yi)學(xue)界稱為“萬能細胞(bao)”。干(gan)(gan)細胞(bao)在(zai)(zai)(zai)基(ji)礎(chu)研究(jiu)和轉(zhuan)化醫(yi)學(xue)應(ying)用中具有重要(yao)意義，在(zai)(zai)(zai)再生醫(yi)學(xue)、疾病模型、藥(yao)物篩(shai)選、精準醫(yi)學(xue)等領域(yu)具有廣闊的(de)(de)應(ying)用前景。但(dan)是(shi)，由于常規(gui)的(de)(de)干(gan)(gan)細胞(bao)存在(zai)(zai)(zai)量不(bu)足(zu)，干(gan)(gan)細胞(bao)研究(jiu)興起了誘導多能干(gan)(gan)細胞(bao)這一領域(yu)的(de)(de)發展，試圖解決(jue)干(gan)(gan)細胞(bao)作為種(zhong)子細胞(bao)的(de)(de)來源問題。

　　“科(ke)學家發現如果將(jiang)人的(de)體細(xi)胞(bao)進行處理，可(ke)以(yi)獲得(de)一種新(xin)的(de)干細(xi)胞(bao)，這種干細(xi)胞(bao)被稱為誘導多能(neng)(neng)干細(xi)胞(bao)。它在(zai)形態(tai)、基因和蛋白表(biao)(biao)達、表(biao)(biao)觀遺傳修飾狀態(tai)、細(xi)胞(bao)倍增能(neng)(neng)力、類胚體和畸形瘤生(sheng)成(cheng)能(neng)(neng)力、分化能(neng)(neng)力等都與胚胎(tai)干細(xi)胞(bao)極為相似，是胚胎(tai)干細(xi)胞(bao)的(de)完美替代細(xi)胞(bao)。”廣州生(sheng)物院研(yan)(yan)究員(yuan)潘光錦說，“目前，誘導多能(neng)(neng)干細(xi)胞(bao)已(yi)成(cheng)為相關醫(yi)學研(yan)(yan)究的(de)核心工具，用于新(xin)藥研(yan)(yan)發、神(shen)經損傷修復(fu)、心肌細(xi)胞(bao)修復(fu)、組(zu)織器官再生(sheng)或移植(zhi)等領域(yu)。”

　　為了獲(huo)得實驗所需(xu)的(de)大(da)(da)量(liang)誘導(dao)(dao)多能(neng)干(gan)(gan)(gan)細(xi)(xi)胞，科研人員需(xu)要制備并(bing)讓其大(da)(da)量(liang)增殖，也就是養(yang)細(xi)(xi)胞。然而，當前干(gan)(gan)(gan)細(xi)(xi)胞誘導(dao)(dao)、培養(yang)及篩(shai)選(xuan)過程均(jun)只能(neng)依靠人工操作完成(cheng)，存(cun)在很多的(de)不(bu)足。潘光錦說：“一方(fang)面，由于缺乏(fa)對細(xi)(xi)胞命運變(bian)化及誘導(dao)(dao)多能(neng)干(gan)(gan)(gan)細(xi)(xi)胞克(ke)隆篩(shai)選(xuan)和擴增的(de)實時及定量(liang)監控，難以實現干(gan)(gan)(gan)細(xi)(xi)胞誘導(dao)(dao)流程的(de)規范化與標準(zhun)化；另(ling)一方(fang)面，人工操作也存(cun)在效率低(di)、成(cheng)本高、通量(liang)低(di)、安(an)全(quan)性(xing)差(cha)等問(wen)題。”

　　因此(ci)，如何(he)實現干細胞自(zi)動化規模化的(de)(de)均質(zhi)培養與擴(kuo)增，避免這些(xie)問題，是誘導(dao)多能干細胞技術走(zou)向實際(ji)應(ying)用亟須(xu)突破(po)的(de)(de)瓶頸。

　　在此背景下，財政部支持(chi)的國家(jia)重(zhong)大科研裝備(bei)研制(zhi)項目“全(quan)自動(dong)干細(xi)胞(bao)誘導(dao)培(pei)養(yang)設備(bei)研制(zhi)”，于2013年立項，由(you)廣州生物院負責承(cheng)擔(dan)。項目團隊以創(chuang)(chuang)新技術為核心(xin)，利用院內國際領先的誘導(dao)多(duo)能干細(xi)胞(bao)技術、干細(xi)胞(bao)誘導(dao)分(fen)化技術等研究成果，并結合自動(dong)化技術，歷(li)時4年，攻克(ke)8項關鍵技術，取得(de)多(duo)項創(chuang)(chuang)新性成果，成功研制(zhi)國際首(shou)臺全(quan)自動(dong)干細(xi)胞(bao)誘導(dao)培(pei)養(yang)設備(bei)。

　　廣州生(sheng)物院研(yan)究員(yuan)張驍說：“有了這臺(tai)設備后，從(cong)事誘導多(duo)能(neng)干細(xi)(xi)胞(bao)的(de)科研(yan)人員(yuan)不(bu)再靠人工操作養(yang)(yang)細(xi)(xi)胞(bao)，甚至不(bu)具備養(yang)(yang)細(xi)(xi)胞(bao)技術的(de)人只要靠這臺(tai)儀器就能(neng)獲得誘導多(duo)能(neng)干細(xi)(xi)胞(bao)。”

　　可實現全過程實時追蹤監測，并提高干細胞的制備質量

　　全自動干細胞誘導培(pei)養(yang)設備(bei)占地25平方米，由自動化培(pei)養(yang)箱系(xi)統(tong)、自動化液體處理系(xi)統(tong)、顯微在線觀測(ce)系(xi)統(tong)、高精(jing)度克(ke)隆挑取系(xi)統(tong)、培(pei)養(yang)皿(min)傳(chuan)送系(xi)統(tong)、設備(bei)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)六大(da)模(mo)塊組成。

　　據科(ke)研人員介紹，干(gan)細胞的重編(bian)程是從(cong)一(yi)個(ge)個(ge)體化的矩陣(zhen)培養(yang)箱(xiang)開始，培養(yang)箱(xiang)可并行培養(yang)24份個(ge)體化的誘導多能干(gan)細胞。然后(hou)，再由自動傳(chuan)送臂在b級環境(jing)下(xia)將6孔細胞培養(yang)板從(cong)培養(yang)箱(xiang)傳(chuan)送至操(cao)作艙中。隨后(hou)，培養(yang)板就(jiu)被(bei)置入成(cheng)像區(qu)。接下(xia)來，擁有(you)1.2微米分(fen)(fen)辨率的顯微成(cheng)像系(xi)統(tong)就(jiu)會對其(qi)成(cheng)像，整(zheng)個(ge)過(guo)程不超過(guo)10分(fen)(fen)鐘。

　　“獨立矩陣式培(pei)養箱主(zhu)要是為細(xi)(xi)胞(bao)培(pei)養提(ti)供適當的溫度(du)、濕度(du)和氣體環境(jing)，保證細(xi)(xi)胞(bao)的培(pei)養處于合(he)適的環境(jing)，同時也保障個(ge)體細(xi)(xi)胞(bao)間(jian)不會交叉(cha)污染。” 張驍說，“人養細(xi)(xi)胞(bao)，不會全程監測(ce)細(xi)(xi)胞(bao)狀(zhuang)態。而這臺設備能全天(tian)候堅守，可以通過(guo)手機APP端監測(ce)，并及時完成(cheng)移液、換液等操作。細(xi)(xi)胞(bao)的培(pei)養時間(jian)也縮短了(le)。它(ta)還能自動(dong)獲(huo)取細(xi)(xi)胞(bao)成(cheng)長信息，預測(ce)細(xi)(xi)胞(bao)成(cheng)長趨勢，自動(dong)挑選出符合(he)要求的成(cheng)熟誘導多能干細(xi)(xi)胞(bao)。”

　　改善了我國高端生命科學儀器裝備依靠進口的局面

　　全自(zi)動(dong)干細(xi)(xi)胞誘導培(pei)養(yang)(yang)設備(bei)從(cong)誘導多能干細(xi)(xi)胞重編程全過(guo)程研究(jiu)出(chu)發，建立全程自(zi)動(dong)化(hua)細(xi)(xi)胞培(pei)養(yang)(yang)誘導技(ji)(ji)術(shu)體系，利用人工智能機器學習(xi)輔(fu)助無損無標記分析手(shou)段(duan)，建立細(xi)(xi)胞極性變(bian)化(hua)為基(ji)礎的命運(yun)調(diao)控的Hiden Markov Model數學模(mo)型，從(cong)而指(zhi)導細(xi)(xi)胞重編程理(li)論在干細(xi)(xi)胞獲取領域從(cong)理(li)論模(mo)型到制(zhi)備(bei)整機技(ji)(ji)術(shu)的全線(xian)突破，實現重編程多能細(xi)(xi)胞暨(ji)干細(xi)(xi)胞的制(zhi)備(bei)。

　　張(zhang)驍說：“該自動化智能技術可實(shi)現每月(yue)24人次(ci)為(wei)周期的GMP級別(bie)的細胞制備通量，為(wei)我國的生物先進制造(zao)提供了上游細胞來源的智能保障。”

　　全自動(dong)干(gan)細胞(bao)誘導培養設備第一次實現了以機器(qi)學習及人工(gong)智能算(suan)法(fa)為判定的細胞(bao)重(zhong)編(bian)程(cheng)命運的自動(dong)化(hua)誘導，整機技術及識別核心算(suan)法(fa)的應(ying)用已(yi)達國際領先水平。

　　廣州(zhou)生物(wu)院(yuan)研(yan)究(jiu)員裴端(duan)卿表(biao)示，設備(bei)的成(cheng)(cheng)功研(yan)制，標(biao)志著我(wo)國在(zai)干細胞裝備(bei)領域的自主研(yan)發取(qu)得新的突破，改善(shan)了我(wo)國高端(duan)生命科學儀器裝備(bei)依靠歐美進口的局面，其成(cheng)(cheng)果填補了國內在(zai)該(gai)領域的多項空白。

　　項目技(ji)(ji)術(shu)(shu)驗(yan)收(shou)專家認為(wei)，該項目研(yan)(yan)究(jiu)成果(guo)涵蓋基礎研(yan)(yan)究(jiu)、應用研(yan)(yan)究(jiu)和(he)開(kai)發研(yan)(yan)究(jiu)全過程的生(sheng)物技(ji)(ji)術(shu)(shu)自主(zhu)創新體系(xi)(xi)(xi)，這將為(wei)實現本領域整體“并跑(pao)”、部分(fen)“領跑(pao)”，初步建立(li)系(xi)(xi)(xi)統的生(sheng)物技(ji)(ji)術(shu)(shu)創新體系(xi)(xi)(xi)，突破一(yi)批核心關鍵(jian)技(ji)(ji)術(shu)(shu)難點(dian)作出貢獻。

　　中國(guo)科學(xue)(xue)院微(wei)電子所研(yan)究(jiu)(jiu)員夏洋說：“該設備的(de)(de)成功研(yan)制將促進誘導多能干細(xi)胞在再生醫學(xue)(xue)研(yan)究(jiu)(jiu)領域的(de)(de)實際應用，推進我國(guo)在干細(xi)胞裝備領域的(de)(de)自(zi)主研(yan)發進程，推動我國(guo)干細(xi)胞基礎研(yan)究(jiu)(jiu)和(he)臨床應用的(de)(de)快速發展，為干細(xi)胞再生醫學(xue)(xue)及精(jing)準醫療的(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)奠(dian)定(ding)基礎。”

　　據了解，目前各(ge)(ge)醫院(yuan)(yuan)細胞(bao)治療臨床應用(yong)迫切需要(yao)干(gan)細胞(bao)制備裝置，全自動(dong)干(gan)細胞(bao)誘(you)導(dao)培養設備已逐步在各(ge)(ge)研究(jiu)單位(wei)或(huo)一級醫院(yuan)(yuan)研究(jiu)中心推廣。該設備降低(di)了人為干(gan)預，實現多(duo)人份(fen)、低(di)成本、高品質、一體化的干(gan)細胞(bao)生產，社(she)會效益巨大。（記者 吳月輝）

【糾錯】

責任編輯： 聶晨靜