研究人員結(jié)合使用多能干細胞(可以產(chǎn)生任何細胞或組織類型的細胞)和機器學(xué)習(xí)(允許計算機自動學(xué)習(xí)的人工智能)，改進了它們生成肺細胞的方式。
使用這種技術(shù)，細胞可以在實驗室中培養(yǎng)并儲存一年以上而不會丟失其肺部特征，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)多能干細胞 (iPS) 來源于成人捐贈的皮膚或血細胞，通過重新激活四個基因，重新編程回胚胎干細胞樣狀態(tài)。iPS 細胞可以分化為體內(nèi)的任何細胞類型，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 細胞。然后他們在一個月的時間內(nèi)用生長因子處理這些干細胞，直到它們變成與成人肺細胞非常相似的細胞。
根據(jù)研究人員的說法，通常在進行此類實驗時，產(chǎn)生的細胞并不是他們旨在創(chuàng)建的細胞(目標(biāo)細胞)的純粹集合，并且它們不會長時間保持目標(biāo)細胞的特征。
“因此，我們開發(fā)了一種技術(shù)組合，檢查數(shù)千個單細胞的基因表達，結(jié)合每個細胞的 DNA 條形碼和機器學(xué)習(xí)，以建立動態(tài)圖像，了解哪些因素有利于我們體內(nèi)的肺細胞系統(tǒng)。利用這些知識，我們能夠改進生成肺細胞的方法，這樣我們現(xiàn)在就可以創(chuàng)建更多相關(guān)細胞，這些細胞可以在培養(yǎng)皿中保持其細胞特性超過一年，”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研究。
研究人員認為，這項研究將提高他們在實驗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。
美國和世界各地數(shù)以百萬計的人患有嚴重的肺部疾病，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，這是一項復(fù)雜且高風(fēng)險的手術(shù)，對供體器官的需求總是供不應(yīng)求。
“我們?yōu)檫@項研究開發(fā)的機器學(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胞產(chǎn)生純凈、無限供應(yīng)的細胞的技術(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。”
“了解個體患者肺細胞出了什么問題的關(guān)鍵障礙是我們無法獲取這些細胞或在實驗室中培養(yǎng)它們。這種方法現(xiàn)在使我們能夠從任何個體患者中設(shè)計出那些非常挑剔的細胞，并引入酒吧編碼到這些細胞中，使我們能夠在實驗室培養(yǎng)皿中隨著時間的推移跟蹤和了解每個細胞及其所有后代。結(jié)果是取之不盡、用之不竭的新肺細胞來源，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 計算機科學(xué) FORE 系統(tǒng)教授 Ziv Bar-Joseph 博士一起領(lǐng)導(dǎo)了這項工作。
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