“設(shè)備為我國全自主知識產(chǎn)權(quán)，首次實現(xiàn)了以機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能算法為邏輯判定的細(xì)胞重編程命運的自動化誘導(dǎo)。設(shè)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(xì)胞制備領(lǐng)域高端科研裝備的先進(jìn)性；為降低細(xì)胞的生產(chǎn)成本、提高細(xì)胞制備質(zhì)量、更廣泛地服務(wù)臨床奠定了裝備基礎(chǔ)?！敝锌圃簭V州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下簡稱廣州生物院）副院長潘光錦口中的設(shè)備，指的是該院全自動干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備。不久前，這套設(shè)備順利通過了最后驗收。這也標(biāo)志著全球首臺自動化無人監(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。

       人工操作難規(guī)范，干細(xì)胞研究遇瓶頸 

　　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，在醫(yī)學(xué)界有“萬能細(xì)胞”之稱。干細(xì)胞在基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有重要意義，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)域的應(yīng)用前景也十分廣闊。但由于常規(guī)干細(xì)胞存在不足的限制，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞這一干細(xì)胞研究的新領(lǐng)域逐漸興起，研究人員試圖通過這一方式解決干細(xì)胞作為種子細(xì)胞的來源問題。

　　“誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的形態(tài)、基因和蛋白表達(dá)、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細(xì)胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎干細(xì)胞極為相似，是胚胎干細(xì)胞的完美替代細(xì)胞?！睆V州生物院黨委副書記、副院長段子淵介紹。目前，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究廣泛應(yīng)用于新藥研發(fā)、神經(jīng)損傷修復(fù)、心肌細(xì)胞修復(fù)、組織器官再生或移植等再生醫(yī)療研究領(lǐng)域。

　　在相當(dāng)長的一段時間里，干細(xì)胞誘導(dǎo)、培養(yǎng)及篩選過程均只能依靠人工操作完成。但人工操作一方面缺乏對細(xì)胞命運變化及克隆篩選和擴(kuò)增的實時及定量監(jiān)控，難以實現(xiàn)干細(xì)胞誘導(dǎo)流程的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化，另一方面還面臨效率低、成本高、通量低、安全性差等諸多問題。因此，如何實現(xiàn)干細(xì)胞自動化規(guī)?；木|(zhì)培養(yǎng)與擴(kuò)增，避免批次不統(tǒng)一、質(zhì)量不均一等問題，是誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用亟須突破的瓶頸。

    “質(zhì)”“量”齊飛躍，標(biāo)準(zhǔn)高效一機(jī)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“全自動干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備研制”項目以原創(chuàng)新技術(shù)為核心，利用院內(nèi)國際領(lǐng)先的干細(xì)胞誘導(dǎo)分化技術(shù)等研究成果，結(jié)合自動化技術(shù)，歷時4年，攻克8項關(guān)鍵技術(shù)，研制出了國際首臺干細(xì)胞自動化、智能化誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備。

　　全自動干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備占地25平方米，由自動化培養(yǎng)箱系統(tǒng)、自動化液體處理系統(tǒng)、顯微在線觀測系統(tǒng)、高精度克隆挑取系統(tǒng)、培養(yǎng)皿傳送系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)六大模塊組成。

　　據(jù)科研人員介紹，干細(xì)胞的重編程是從一個個體化的矩陣培養(yǎng)箱開始，培養(yǎng)箱可并行培養(yǎng)24份個體化的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。然后，再由自動傳送臂在b級環(huán)境下將6孔細(xì)胞培養(yǎng)板從培養(yǎng)箱傳送至操作艙中。隨后，培養(yǎng)板就被置入成像區(qū)。接下來，擁有1.2微米分辨率的顯微成像系統(tǒng)就會對其成像，整個過程不超過10分鐘。

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

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

　　“將干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)流程自動化，其意義不僅是簡單節(jié)約人力，更是推動我國干細(xì)胞基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用發(fā)展的必經(jīng)之路?！睆V州生物院副院長潘光錦這樣形容這一設(shè)備的科學(xué)意義。全自動干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備第一次實現(xiàn)了以機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能算法為判定的細(xì)胞重編程命運的自動化誘導(dǎo)，整機(jī)技術(shù)及識別核心算法的應(yīng)用已達(dá)國際領(lǐng)先水平。

　　針對自動化、規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化獲得干細(xì)胞的需求，項目組完成了全自動干細(xì)胞誘導(dǎo)培養(yǎng)設(shè)備研制工作，設(shè)備的所有技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到實施方案規(guī)定的考核指標(biāo)要求。在設(shè)備的綜合驗收中，由中科院院士徐濤領(lǐng)銜的綜合驗收專家組在驗收中對設(shè)備作出上述評價。

　　“該設(shè)備的成功研制將促進(jìn)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的實際應(yīng)用，推進(jìn)我國在干細(xì)胞裝備領(lǐng)域的自主研發(fā)進(jìn)程，推動我國干細(xì)胞基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的快速發(fā)展，為干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)及精準(zhǔn)醫(yī)療的研究奠定基礎(chǔ)。”中國科學(xué)院微電子所研究員夏洋表示。

　　（原載于《光明日報》 2018-07-17 08版）