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器官修復細胞工程自動化 AI成為細胞培養好助手

要有健康的身體,除了是日常生活要正常以及飲食均衡以外,正確的運動以及隨時了解與分析自己身體狀況的科技產品,也都能夠提醒民眾要保健。然而,隨著時間的自然老化,有時候退化性關節炎以及各種身體損傷,也並不是外科手術能夠協助排除的問題。這個時候,就要依靠細胞科學的力量,未來以細胞治療的方式來改善不適症狀。然而,醫療級使用之細胞的活性與增生,在過往需要透過人工判斷與辨識來做良好的細胞培養,以獲得良好細胞來源。如何更有效率培養出好的細胞?現在已經能夠透過機器自動化以及AI影像分析的方法來協助。

在器官修復的細胞工程上,台大生化科技學系結合跨領域團隊,應用豐碩。蔡騰輝攝

細胞科學應用:器官修復

現代人強調健康生活,無論是大量運動或是自然老化所產生的退化性關節炎,都是一件惱人的事。國立台灣大學生命科學院生化科技學系副教授陳彥榮表示,現在細胞科學在醫療保健應用面上,已經可以提供修復與抗發炎的功能。像是在動物實驗中發現將間質(葉)幹細胞(Mesenchymal Stem Cell,以下簡稱MSC細胞)注射至患部附近,細胞就會爬到發炎處,幫忙修復,也能夠縮短細胞修復的日數; 許多臨床研究上也發現MSC 可以改善退化性關節炎等。

目前,像是整形外科的傷口修復工程,也可以藉由這樣的方式,讓民眾可以更早恢復日常生活。其中的應用原理,就是補充細胞外間質成分,例如:膠原蛋白與玻尿酸。在未來,也可以透過MSC 的治療,幫助傷口修復。

在細胞培養與研究上,年紀輕的民眾身上細胞能夠發育出來的細胞與應用效果會比高齡者來得更有活性,應用領域也較廣。不過陳彥榮也認為,在未來的細胞科學再程序化 (Cell Reprogramming,指可以透過基因使細胞命運改變技術)等應用技術逐漸成熟後,無論是年輕人或是銀髮族的細胞可以改善活性不佳,提供更多應用領域使用。

需要細心呵護的細胞培養工程,未來AI可以幫上不少忙。陳彥榮提供

AI協助細胞工程減少人力

誘導式多能性幹細胞(Induced Pluripotent Stem;IPS)是日本京都大學山中伸彌教授所開發之人工多能幹細胞,可以用這樣的幹細胞培養形成人類所有種類的細胞,也是細胞治療所期待的細胞來源。然而在培養過程當中,不易維持幹細胞特性,容易分化為下游細胞。此外,在培養細胞的過程中,要模擬孕中過程,研究員每日都要定時觀察細胞、更換培養液、去除雜質。這些繁瑣的過程,讓研究員較無法將時間專注於其他研究。也因此,團隊思考是否能夠透過長時間的攝影技術與影像分析的方式,來提升細胞培養的效率與正確度。

現在台大幹細胞研究團隊結合跨領域的專長,現在透過攝影機拍攝這類多能幹細胞培養的畫面型態,由專家判定培養出來的細胞優劣品質,教導機器進行學習,讓細胞可以客觀辨識細胞品質。目前已能有初步顯著成效。

陳彥榮說,預計3年的AI輔助細胞培養計畫,已經實施1年多左右。同時也認為這樣的AI技術,未來也可以應用在體檢,以及透過機械手臂抽取培養液的自動培養系統的品管確認(Quality Assurance;QA)與品質管理(Quality Control;QC)上。同時,在細胞培養過程中的人力,也可以進一步用 AI 與機器手臂來取代,讓機器判斷細胞的好壞,來控制培養條件,提升細胞活性。

蔡騰輝

DIGITIMES電子時報智慧醫療主編蔡騰輝Mark Tsai
專注研究智慧醫療產品技術服務導入場域時,所遇到的困難癥結與如何克服要點。
精通中英德語,熱愛挑戰與Swing Dance。
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