世界首台全自动干细胞诱导培养设备研制成功 !这台设备到底有多牛?“973”青年科学家首席:比我强2018-05-15来源 : 信息快讯网
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世界首台全自动干细胞诱导培养设备研制成功 !这台设备到底有多牛?“973”青年科学家首席:比我强-信息快讯网

我国干细胞制备领域迎来了重大突破。今天上午,由中科院广州生物医药与健康研究院承担的国家重大科研装备研制项目“全自动干细胞诱导培养设备”通过了国家综合验收,标志全球首台自动化无人坚守、应用深度神经网络的智能化干细胞诱导培养设备诞生。

该设备为我国全自主知识产权,将改善我国高端生命科学仪器装备几乎依靠欧美进口的局面,为降低细胞的生产成本、提高细胞制备质量,以及更广泛地服务临床,奠定了装备基础。

人工操作成为干细胞发展瓶颈

干细胞是具有自我复制功能及多向分化潜能的细胞,在特定条件下能再生成人体的各种细胞、组织或器官,医学界称为“万能细胞”,在再生医学、疾病模型、药物筛选、精准医学等领域具有广阔的应用前景。

基于常规干细胞存在的不足,干细胞研究兴起了诱导多能干细胞(IPSC)新领域的发展,从而解决了干细胞作为种子细胞的来源问题。“目前,干细胞诱导、培养及筛选过程均只能依靠人工操作完成。”国家万人计划拔尖人才、“973”计划青年科学家首席陈捷凯说,“培养一个干细胞IPSC专家,需要国家大量投入。从诱导、筛选到提取干细胞,至少需要一万小时的训练,并且这些经验与方法很难传授和复制。”

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在陈捷凯看来,人工操作效率低、成本高、通量低、安全性差等问题进一步限制了干细胞在再生医学研究领域中的普遍应用。因此,如何实现干细胞自动化规模化的均质培养与扩增,避免批次不统一、质量不均一等安全性问题,全自动化的细胞制备是iPSC技术走向实际应用亟需突破的瓶颈。

流程自动化想法“非常勇敢”

为满足国家战略的需求,针对干细胞与再生医学发展技术需求及干细胞装备研发现状,广州生物院以原创新技术为核心,利用院内国际领先的iPSC技术、干细胞诱导分化技术等研究成果,结合自动化技术,研制出国际首台干细胞自动化、智能化诱导培养设备。

广州生物院党委副书记段子渊说:“项目的建立要追溯到2012年,干细胞研究在中国慢慢得到重视。当时提出将整个流程自动化,非常有前瞻性,非常勇敢。”

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经过多年集智攻关,由张骁研究员带领的团队攻克了八项关键技术,其中包括两项核心技术,并取得多项创新性成果。他们建立了从细胞培养、显微在线观测、移液换液、算法识别、细胞挑取及设备控制的装备技术,实现了iPSC自动化诱导培养、扩增、成像、移液换液、挑取细胞,下游分化等功能。

华大基因研究院、华东理工大学等多家用户单位对全自动干细胞诱导培养设备进行了测试,验证了设备进行干细胞诱导培养的可行性。

挑取干细胞效率成倍提升

这台全自动设备到底有多牛?广州生物院副院长潘光锦研究员强调,将干细胞诱导培养流程自动化,其意义不仅是简单节约人力,而是推动我国干细胞基础研究和临床应用发展的“必经之路”。

潘光锦说,用手工提取干细胞,错误率很高,提取100个可能只有10个是真正有价值的干细胞。而机器利用人工智能机器学习辅助无损无标记分析手段,一次可以轻松提取几百个,且正确率奇高。

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从操作效率看,一个经验丰富的专家挑取20个细胞,需要全神贯注操作两三个小时;而机器一次操作168个(7×24)样本,也只需要三个小时。潘光锦告诉记者,像广州生物院这样国内非常熟练的实验团队,在“比较幸运”的前提下,做一次干细胞诱导培养至少需要一个月,而用这台设备,只需要三周就可以完成。

陈捷凯表示,不仅在“量”上没有可比性,就算是“质”,像他这样业内的顶尖大拿也不如这台先进设备。“干细胞培养提取需要对细胞进行非常精确的识别和挑选。人会有疲劳的时候,情绪会出现波动,但机器不会出错。”陈捷凯说,“干细胞的使用方向是医学用途,需要稳定、标准化的产出。因此,这台设备为再生医学及精准医疗的研究奠定了装备基础,具有强大的市场竞争力和广阔的市场前景。”

作者:郭超豪

图:谢震霖

编辑:朱颖婕
责任编辑:许琦敏

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