制成全自动干细胞诱导培养设备 干细胞装备领域现突破
作者: 发布时间:2018-10-06 来源:本站 点击:

  干细胞研究与应用技术是目前全球生命科技领域最顶尖的技术之一,也是我国在全球处于“并跑”地位的领域之一。国家重大科研装备研制项目“全自动干细胞诱导培养设备”近日由中科院研制成功。该装备将实现规模化、自动化、智能化诱导干细胞制备,对世界再生医学及其相关的细胞治疗领域产生重大影响。

  中科院广州生物医药与健康研究院院长裴端卿说,“全自动干细胞诱导培养设备研究” 是财政部支持的国家重大科研装备研制项目,2012年立项,项目总经费6761万元,由广州生物医药与健康研究院负责承担。该项目标志着我国在干细胞装备领域的自主研发取得新的突破,改善了我国高端生命科学仪器装备依靠欧美进口的局面,其成果填补了国内在该领域的多项空白。

  “全自动干细胞诱导培养设备”项目验收组的专家表示,该项目整机技术及识别核心算法的应用已实现国际“并跑”;个别关键技术实现了“领跑”。由中科院生物物理研究所徐涛院士、中国人民解放军总医院顾瑛院士等组成的专家组在验收后表示,设备所有技术指标均达到考核指标要求。该设备拥有完全自主知识产权,实现了诱导多能干细胞自动化诱导培养、扩增、成像、移液换液、挑克隆,下游分化等功能。华东理工大学等多家用户单位对该设备进行了测试,验证了可行性。

  徐涛等专家表示,世界首台全自动干细胞诱导培养设备的成功研制,推动了我国干细胞基础研究和临床应用的发展,为再生医学及精准医疗的研究奠定了装备基础。

  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”。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。一方面,由于缺乏对细胞变化的实时及定量监控,难以实现干细胞诱导流程的规范化与标准化;另一方面,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。

  全自动干细胞诱导培养设备利用人工智能建立数学模型,建立全程自动化细胞培养诱导技术体系。该自动化智能技术可实现24人次为周期的细胞制备通量,为我国的生物先进制造提供了上游细胞来源的装备保障。

  中科院广州生物医药与健康研究院研究员陈捷凯是该领域的专家,但其坦承:“面对长期繁琐的工作,人很容易出错,而机器则不容易犯错。以前为获取一个干细胞,需要经验丰富的实验人员凭实践经验进行诱导,不仅工作量较大,而且错误率较高。仪器的出现打破了干细胞诱导培养只能依靠人工经验的局限性,实现了较大的科学突破。”

  “干细胞的识别就像从一堵墙上识别一粒砂子,以前靠人工操作,不仅工作量非常大,而且识别准确率较低;现在有了全自动装备,把人的经验训练给它,让机器变成资深的技术员。现在,该设备一次可以干相当于24个技术员的活,而且识别率高、稳定性强。”中科院广州生物医药与健康研究院副院长潘光锦说:“该装备实现了人工智能、生物医学、光学、数学等各种交叉学科的技术集成。未来,将争取实用化、小型化,进一步推向市场。”

  中科院广州生物医药与健康研究院党委副书记段子渊说,项目团队历时4年,集智攻关,攻克了8项关键技术,其中包裹2个核心技术,并取得多项创新性成果。潘光锦说,该项目其实早在2012年就开始谋划,通过这些年的努力才出成效,证明科学研究一定要有前瞻性。

  中国科学院微电子所研究员夏洋说:“该设备的成功研制将推进我国在干细胞装备领域的自主研发进程,推动我国干细胞基础研究和临床应用的快速发展,为干细胞再生医学及精准医疗的研究奠定基础。”

  干细胞研究与应用技术是目前全球生命科技领域最顶尖的技术之一,中科院2017年的高技术发展报告显示,目前全球有超过700家公司正在开展干细胞与再生医学技术相关的研究,竞争日趋白热化。中科院院士周琪认为,干细胞与再生医学已经成为我国的战略优先发展领域,获得了来自国家层面的大力支持,也取得了一系列国际领先成就。

  中国科学院微电子所研究员夏洋认为,“全自动干细胞诱导培养设备”是涵盖基础研究、应用研究和开发研究全过程的生物技术自主创新体系,将为我国初步建立系统的生物技术创新体系,突破一批核心关键技术难点做出贡献。潘光锦说,未来还要在多能干细胞自动识别的基础上,进一步实现对神经干细胞、血液细胞等各种功能性细胞的自动化识别。段子渊建议,未来可以进行一些国际合作,将我国干细胞诱导自动化技术向纵深发展,继续走在世界前列。

  “推动干细胞临床应用和相应产业的发展。”裴端卿说,目前各医院细胞治疗临床应用迫切需要干细胞制备装置,该装备已逐步在各研究单位或一级医院研究中心推广。该设备降低了人为干预,实现多人份、低成本、高品质、一体化的干细胞生产,潜在的社会效益巨大。

  周琪建议,干细胞与再生医学技术是跨学科、跨领域的综合集成研究,随着各国研究投入的持续加大,未来将进一步表现出规模和定向衔接的大科学研究发展态势。由于细胞类型的多样性、作用途径的复杂性,以及应用方式的特殊性,细胞制品在世界上尚无可借鉴的标准与规范,需要对生产、定标、定型等进一步系统布局及重点攻关,并有步骤地推进干细胞临床应用和相应产业的发展。

  
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