人工智能帮细胞进行自我组装，制作微型器官

不同干细胞群体之间的相互作用在左边模拟，干细胞在机器学习程序指定的条件下生长，在右边形成预期的菌落。(点击图片查看活动图片)

图片:阿什利·利比，大卫·乔伊和伊曼·哈格奇，格莱斯顿研究所

科学家们已经克服了制造微型器官的一个主要障碍。现在他们可以用编程让细胞呈现出我们需要的形状，而不是依赖3D打印或外部框架。

发表在《细胞系统》杂志上的这项研究，可能标志着实验室中微型心脏、肾脏和大脑生产的技术转变。也许有一天它也可以应用于个性化器官移植。

美国格拉德斯通研究所的生物工程师托德·麦克德维特和其他人最初打算研究当前制造微型器官的方法中包含的一个老问题:细胞总是不能停留和逃跑。

科学家提取人类皮肤细胞，将其与适当的药物结合，然后将其转化为诱导性多能干细胞(iPSCs)，以产生微型器官或器官样细胞。IPSCs在生物学上是一张空白支票，它几乎可以变成任何细胞类型。

例如，如果它被发展成一个迷你肾脏，研究人员可以坐在实验室里复制肾脏疾病，并在迷你肾脏上测试治疗方法。

肾脏模型的可信度取决于细胞的物理组织。因此，通常需要3D打印来模拟真实的肾脏。

但是细胞，像叛逆的青少年一样，有自己的想法，并且经常偏离研究者在印刷时设定的位置。

然后，麦克德维特的团队控制了这两个基因，并把它们组装成一个操纵杆来指导细胞的形成。

CDH1和ROCK1在细胞的最终构型运动中起重要作用。它们影响细胞之间的粘附和排斥，这是影响细胞球形表面张力和细胞运动速度的两个因素。

研究人员使用基因编辑工具在细胞质量进化的不同阶段剔除CDH1和ROCK1。他们的目标是将它们分化成牛眼样细胞，这是人类发育过程中常见的形状，包括早期胚胎的形成。

为了监测这种模式，他们设计了另一种方法:当CDH1和ROCK1被中和时，细胞发出荧光。

但是有一个问题。

考虑到所有基因可能被剔除的潜在时间点、目标细胞的比例以及许多其他变量，研究人员计算出他们需要做将近9000个实验。

所以他们求助于人工智能。他们训练了一个机器学习模型来计算哪种基因敲除组合可以实现“牛眼”。

波士顿大学生物信息学项目的研究人员之一德马克·布瑞尔说:“机器学习可以根据观看历史来预测你可能喜欢的电影，它还可以通过模仿生物系统来生成实验方案。”

“这种机器学习模型可以帮助我们预测干细胞自我组织的方式，并在实验过程中提供指导。”

“我们已经展示了如何利用干细胞固有的能力来组织，”麦克德维特说。"这是一种全新的方法，不同于直接将细胞压入特定框架结构的印刷."

因此，人们不再仅仅能够制造一个特定的器官，应用的方向将会更加广泛，甚至可能改变生命的进程。

“我们正在走向真正的多细胞组织工程，这是器官工程的先驱，”麦克德维特说。“当我们能够在实验室中制造出类人器官时，我们就可以用它们来研究生物学和疾病。否则，我们将永远无法真正再现人体内可能发生的变化。”

蝌蚪工作人员从cosmosmagazine编译，翻译狗Gege，转载必须授权。