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器官修复细胞工程自动化 AI成为细胞培养好助手

要有健康的身体,除了是日常生活要正常以及饮食均衡以外,正确的运动以及随时了解与分析自己身体状况的科技产品,也都能够提醒民众要保健。然而,随著时间的自然老化,有时候退化性关节炎以及各种身体损伤,也并不是外科手术能够协助排除的问题。这个时候,就要依靠细胞科学的力量,未来以细胞治疗的方式来改善不适症状。然而,医疗级使用之细胞的活性与增生,在过往需要透过人工判断与辨识来做良好的细胞培养,以获得良好细胞来源。如何更有效率培养出好的细胞?现在已经能够透过机器自动化以及AI影像分析的方法来协助。

在器官修复的细胞工程上,台大生化科技学系结合跨领域团队,应用丰硕。蔡腾辉摄

细胞科学应用:器官修复

现代人强调健康生活,无论是大量运动或是自然老化所产生的退化性关节炎,都是一件恼人的事。国立台湾大学生命科学院生化科技学系副教授陈彦荣表示,现在细胞科学在医疗保健应用面上,已经可以提供修复与抗发炎的功能。象是在动物实验中发现将间质(叶)干细胞(Mesenchymal Stem Cell,以下简称MSC细胞)注射至患部附近,细胞就会爬到发炎处,帮忙修复,也能够缩短细胞修复的日数; 许多临床研究上也发现MSC 可以改善退化性关节炎等。

目前,象是整形外科的伤口修复工程,也可以藉由这样的方式,让民众可以更早恢复日常生活。其中的应用原理,就是补充细胞外间质成分,例如:胶原蛋白与玻尿酸。在未来,也可以透过MSC 的治疗,帮助伤口修复。

在细胞培养与研究上,年纪轻的民众身上细胞能够发育出来的细胞与应用效果会比高龄者来得更有活性,应用领域也较广。不过陈彦荣也认为,在未来的细胞科学再程序化 (Cell Reprogramming,指可以透过基因使细胞命运改变技术)等应用技术逐渐成熟后,无论是年轻人或是银发族的细胞可以改善活性不佳,提供更多应用领域使用。

需要细心呵护的细胞培养工程,未来AI可以帮上不少忙。陈彦荣提供

AI协助细胞工程减少人力

诱导式多能性干细胞(Induced Pluripotent Stem;IPS)是日本京都大学山中伸弥教授所开发之人工多能干细胞,可以用这样的干细胞培养形成人类所有种类的细胞,也是细胞治疗所期待的细胞来源。然而在培养过程当中,不易维持干细胞特性,容易分化为下游细胞。此外,在培养细胞的过程中,要模拟孕中过程,研究员每日都要定时观察细胞、更换培养液、去除杂质。这些繁琐的过程,让研究员较无法将时间专注于其它研究。也因此,团队思考是否能够透过长时间的摄影技术与影像分析的方式,来提升细胞培养的效率与正确度。

现在台大干细胞研究团队结合跨领域的专长,现在透过摄影机拍摄这类多能干细胞培养的画面型态,由专家判定培养出来的细胞优劣质量,教导机器进行学习,让细胞可以客观辨识细胞质量。目前已能有初步显著成效。

陈彦荣说,预计3年的AI辅助细胞培养计画,已经实施1年多左右。同时也认为这样的AI技术,未来也可以应用在体检,以及透过机械手臂抽取培养液的自动培养系统的品管确认(Quality Assurance;QA)与质量管理(Quality Control;QC)上。同时,在细胞培养过程中的人力,也可以进一步用 AI 与机器手臂来取代,让机器判断细胞的好坏,来控制培养条件,提升细胞活性。

蔡腾辉

DIGITIMES电子时报智能医疗主编蔡腾辉Mark Tsai
专注研究智能医疗产品技术服务导入场域时,所遇到的困难症结与如何克服要点。
精通中英德语,热爱挑战与Swing Dance。
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