美國科學(xué)家克服了微型器官產(chǎn)生中的一個主要障礙，可以對細(xì)胞進(jìn)行編程以使其具有所需的形狀，而不是依靠3D打印或外部“支架”。

這種“由內(nèi)而外”的方法在《細(xì)胞系統(tǒng)》雜志上的一篇論文中進(jìn)行了描述，它可能標(biāo)志著微型心臟，腎臟和大腦在實(shí)驗(yàn)室工作臺上的生長方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變-一種用于研究可能一天導(dǎo)致個性化器官移植。

該團(tuán)隊(duì)由美國Gladstone研究所的生物工程師Todd McDevitt領(lǐng)導(dǎo)，受到持續(xù)不斷的問題的困擾，這些問題涉及生產(chǎn)微型器官(例如3D打印)的最新技術(shù)。牢房將不會留在原地。

當(dāng)科學(xué)家獲取一個人的皮膚細(xì)胞，并使用正確的混合劑將其轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞”時，便開始制造微型器官或“類器官”。這種IPS細(xì)胞是生物學(xué)的空白對照，能夠變成幾乎任何類型的細(xì)胞。

舉例來說，將其長成迷你腎臟，就可以在實(shí)驗(yàn)室工作臺上的盤子中繁殖腎臟疾病并進(jìn)行治療。但是，該模型的可信度取決于細(xì)胞的物理組織。為了模仿真正的腎臟，通常使用3D打印。

但是細(xì)胞，就像不守規(guī)矩的青少年一樣，有自己的頭腦，并且經(jīng)常會偏離其印刷位置。

McDevitt的團(tuán)隊(duì)希望擁有這些細(xì)胞的頭腦，因此控制了兩個基因，這些基因共同構(gòu)成操縱桿，指導(dǎo)細(xì)胞如何組織。

CDH1和ROCK1在導(dǎo)致一組單元最終配置的復(fù)雜動作中占有重要地位。該對影響細(xì)胞之間的粘性和排斥力，使它們呈球形的表面張力以及整體遷移速度。研究人員使用編輯工具CRISPR在細(xì)胞團(tuán)進(jìn)化的不同階段敲除了這兩個基因。他們的目標(biāo)是制作牛眼圖案，這種形狀在人類發(fā)育中很常見，包括在早期胚胎形成中。

為了檢測這種吸氣模式，他們進(jìn)行了另一項(xiàng)調(diào)整-在CDH1和ROCK1被中和時使細(xì)胞發(fā)出熒光。

但有一個問題。

將基因可能被剔除的所有潛在時間點(diǎn)，要靶向的細(xì)胞比例以及許多其他變量考慮在內(nèi)，研究人員計算出，他們需要進(jìn)行近9000次試錯實(shí)驗(yàn)。

因此，他們呼吁AI。他們訓(xùn)練了機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以計算實(shí)現(xiàn)夢想形狀所需的基因敲除的精確模式。

波士頓大學(xué)生物信息學(xué)計劃的合著者Demarcus Briers說：“機(jī)器學(xué)習(xí)可以根據(jù)您的觀看歷史預(yù)測您喜歡的電影，但是通過模仿它們，也可以對生物系統(tǒng)產(chǎn)生新的見解。”

“我們的機(jī)器學(xué)習(xí)模型使我們能夠預(yù)測干細(xì)胞組織自身的新方式，并提供有關(guān)如何在實(shí)驗(yàn)室中重新創(chuàng)建這些預(yù)測的說明。”

從字面上看，該模型非常有用，它使團(tuán)隊(duì)能夠產(chǎn)生他們所瞄準(zhǔn)的同心圓狀細(xì)胞。

McDevitt說：“我們已經(jīng)展示了如何利用干細(xì)胞的內(nèi)在能力進(jìn)行組織。”“這為我們提供了一種工程化組織的新方法，而不是一種打印方法，在該方法中，您試圖將細(xì)胞物理地逼入特定的結(jié)構(gòu)。”