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　　在中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院，工作人員把尿液分離細胞放入自動化培養(yǎng)箱。新華社記者 鄧華攝

　　“設備為我國全自主知識產(chǎn)權，首次實現(xiàn)了以機器學習及人工智能算法為邏輯判定的細胞重編程命運的自動化誘導。設備的成功研制，改善了我國高端生命科學儀器裝備幾乎依靠歐美進口的局面，其成果展示了我國在細胞制備領域高端科研裝備的先進性；為降低細胞的生產(chǎn)成本、提高細胞制備質量、更廣泛地服務臨床奠定了裝備基礎。”中科院廣州生物醫(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備，指的是該院全自動干細胞誘導培養(yǎng)設備。不久前，這套設備順利通過了最后驗收。這也標志著全球首臺自動化無人監(jiān)守、應用深度神經(jīng)網(wǎng)絡的智能化干細胞誘導培養(yǎng)設備誕生。

　　人工操作難規(guī)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(yī)學界有“萬能細胞”之稱。干細胞在基礎研究和轉化醫(yī)學應用中具有重要意義，在再生醫(yī)學、疾病模型、藥物篩選、精準醫(yī)學等領域的應用前景也十分廣闊。但由于常規(guī)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域逐漸興起，研究人員試圖通過這一方式解決干細胞作為種子細胞的來源問題。

　　“誘導多能干細胞的形態(tài)、基因和蛋白表達、表觀遺傳修飾狀態(tài)、細胞倍增能力、類胚體和畸形瘤生成能力、分化能力等都與胚胎干細胞極為相似，是胚胎干細胞的完美替代細胞。”廣州生物院黨委副書記、副院長段子淵介紹。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(yī)療研究領域。

　　在相當長的一段時間里，干細胞誘導、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胞命運變化及克隆篩選和擴增的實時及定量監(jiān)控，難以實現(xiàn)干細胞誘導流程的規(guī)范化與標準化，另一方面還面臨效率低、成本高、通量低、安全性差等諸多問題。因此，如何實現(xiàn)干細胞自動化規(guī)模化的均質培養(yǎng)與擴增，避免批次不統(tǒng)一、質量不均一等問題，是誘導多能干細胞技術走向實際應用亟須突破的瓶頸。

　　“質”“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“全自動干細胞誘導培養(yǎng)設備研制”項目以原創(chuàng)新技術為核心，利用院內(nèi)國際領先的干細胞誘導分化技術等研究成果，結合自動化技術，歷時4年，攻克8項關鍵技術，研制出了國際首臺干細胞自動化、智能化誘導培養(yǎng)設備。

　　全自動干細胞誘導培養(yǎng)設備占地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)、設備控制系統(tǒng)六大模塊組成。

　　據(jù)科研人員介紹，干細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份個體化的誘導多能干細胞。然后，再由自動傳送臂在b級環(huán)境下將6孔細胞培養(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(yǎng)細胞，甚至不具備養(yǎng)細胞技術的人，只要靠這臺儀器就能獲得誘導多能干細胞。”廣州生物院研究員陳捷凱表示。

　　推進干細胞裝備領域自主研發(fā)進程

　　“將干細胞誘導培養(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州生物院副院長潘光錦這樣形容這一設備的科學意義。全自動干細胞誘導培養(yǎng)設備第一次實現(xiàn)了以機器學習及人工智能算法為判定的細胞重編程命運的自動化誘導，整機技術及識別核心算法的應用已達國際領先水平。

　　針對自動化、規(guī)?；藴驶@得干細胞的需求，項目組完成了全自動干細胞誘導培養(yǎng)設備研制工作，設備的所有技術指標均達到實施方案規(guī)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銜的綜合驗收專家組在驗收中對設備作出上述評價。

　　“該設備的成功研制將促進誘導多能干細胞在再生醫(yī)學研究領域的實際應用，推進我國在干細胞裝備領域的自主研發(fā)進程，推動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(yī)學及精準醫(yī)療的研究奠定基礎。”中國科學院微電子所研究員夏洋表示。

　　（原載于《光明日報》 2018-07-17 08版）