研究人員結(jié)合使用多能干細(xì)胞(可以產(chǎn)生任何細(xì)胞或組織類型的細(xì)胞)和機(jī)器學(xué)習(xí)(允許計(jì)算機(jī)自動(dòng)學(xué)習(xí)的人工智能)，改進(jìn)了它們生成肺細(xì)胞的方式。
使用這種技術(shù)，細(xì)胞可以在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)并儲(chǔ)存一年以上而不會(huì)丟失其肺部特征，并用于模擬肺部疾病，從而在未來找到更好的肺部疾病治療方法。
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPS) 來源于成人捐贈(zèng)的皮膚或血細(xì)胞，通過重新激活四個(gè)基因，重新編程回胚胎干細(xì)胞樣狀態(tài)。iPS 細(xì)胞可以分化為體內(nèi)的任何細(xì)胞類型，并且不需要使用胚胎。
基于波士頓大學(xué)和波士頓醫(yī)學(xué)中心再生醫(yī)學(xué)中心 (CReM) 之前的工作，CReM 的研究人員與卡內(nèi)基梅隆大學(xué) (CMU) 的研究人員合作，將成人血液重新編程為 iPS 細(xì)胞。然后他們?cè)谝粋€(gè)月的時(shí)間內(nèi)用生長因子處理這些干細(xì)胞，直到它們變成與成人肺細(xì)胞非常相似的細(xì)胞。
根據(jù)研究人員的說法，通常在進(jìn)行此類實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生的細(xì)胞并不是他們旨在創(chuàng)建的細(xì)胞(目標(biāo)細(xì)胞)的純粹集合，并且它們不會(huì)長時(shí)間保持目標(biāo)細(xì)胞的特征。
“因此，我們開發(fā)了一種技術(shù)組合，檢查數(shù)千個(gè)單細(xì)胞的基因表達(dá)，結(jié)合每個(gè)細(xì)胞的 DNA 條形碼和機(jī)器學(xué)習(xí)，以建立動(dòng)態(tài)圖像，了解哪些因素有利于我們體內(nèi)的肺細(xì)胞系統(tǒng)。利用這些知識(shí)，我們能夠改進(jìn)生成肺細(xì)胞的方法，這樣我們現(xiàn)在就可以創(chuàng)建更多相關(guān)細(xì)胞，這些細(xì)胞可以在培養(yǎng)皿中保持其細(xì)胞特性超過一年，”醫(yī)學(xué)博士 Killian Hurley 解釋說。 ，愛爾蘭皇家外科醫(yī)學(xué)院研究員，與 CMU 博士后研究員 Jun Ding 博士共同撰寫了這項(xiàng)研究。
研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)研究將提高他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中模擬肺部疾病和治療疾病的能力，這些疾病包括特發(fā)性肺纖維化、慢性阻塞性肺病(COPD)、α-1 抗胰蛋白酶缺乏癥和新生兒呼吸窘迫或早發(fā)性間質(zhì)性肺病。
美國和世界各地?cái)?shù)以百萬計(jì)的人患有嚴(yán)重的肺部疾病，而且往往得不到很好的治療或治愈。其中一些疾病甚至可能需要肺移植，這是一項(xiàng)復(fù)雜且高風(fēng)險(xiǎn)的手術(shù)，對(duì)供體器官的需求總是供不應(yīng)求。
“我們?yōu)檫@項(xiàng)研究開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法也可以應(yīng)用于其他組織和器官的研究，”丁說。“我們希望我們新開發(fā)的使用患者來源的干細(xì)胞產(chǎn)生純凈、無限供應(yīng)的細(xì)胞的技術(shù)能夠使新的治療方法或治愈疾病成為可能。這些發(fā)展將延長生命并提高這些人的生活質(zhì)量。”
“了解個(gè)體患者肺細(xì)胞出了什么問題的關(guān)鍵障礙是我們無法獲取這些細(xì)胞或在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)它們。這種方法現(xiàn)在使我們能夠從任何個(gè)體患者中設(shè)計(jì)出那些非常挑剔的細(xì)胞，并引入酒吧編碼到這些細(xì)胞中，使我們能夠在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中隨著時(shí)間的推移跟蹤和了解每個(gè)細(xì)胞及其所有后代。結(jié)果是取之不盡、用之不竭的新肺細(xì)胞來源，可以從任何年齡的任何患者身上制備，”作者 Darrell Kotton，醫(yī)學(xué)博士，David C. Seldin 醫(yī)學(xué)教授兼 CReM 主任，與 CMU 計(jì)算機(jī)科學(xué) FORE 系統(tǒng)教授 Ziv Bar-Joseph 博士一起領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作。
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