机器学习可以从干细胞中产生更好的肺部疾病模型
人体是由数万亿个不同的细胞组成的。一项结合干细胞工程和机器学习的新技术可以帮助澳门威尼斯人注册网站研究人员创建持久的、真实的单个细胞培养，用于澳门威尼斯人注册网站研究疾病和寻找新的治疗方法。图片由美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院共同基金人类生物分子图谱计划提供
机器学习可以从干细胞中产生更好的肺部疾病模型
波士顿大学再生医学中心的澳门威尼斯人注册网站研究人员表示，这种方法可以帮助找到治疗严重肺部疾病的新方法
诱导多能干细胞（iPS）已经彻底改变了再生医学领域。它们来源于捐赠的成人皮肤或血细胞，可以通过基因重组恢复到类似胚胎干细胞的状态。在这种状态下，它们可以被生长因子诱导，在不使用胚胎的情况下变成体内任何类型的细胞。
但通常，得到的细胞并不是澳门威尼斯人注册网站研究人员想要创造的细胞类型的纯粹集合，而且它们不能长时间保持预期细胞的特征。当澳门威尼斯人注册网站研究人员试图从个体中产生真实的细胞来个性化疾病治疗方案时，这尤其成问题。波士顿大学的达雷尔·科顿（Darrell Kotton）和他的团队对这一挑战再熟悉不过了，特别是当他们使用iPS细胞来澳门威尼斯人注册网站研究一系列不同的肺部疾病时。在美国和世界各地，数以百万计的人患有严重的肺部疾病，其中许多人仍然没有很好的治疗或治愈方法。
波士顿大学医学院David C. Seldin医学教授、波士顿大学和波士顿医学中心再生医学中心（CReM）主任Kotton说：“了解单个患者肺细胞出了什么问题的关键障碍是我们无法接触到这些细胞，也无法在实验室培养这些细胞。”
因此，Kotton和他的团队开始改进这一过程，他们经常使用iPS细胞来产生肺细胞，以澳门威尼斯人注册网站研究肺部疾病，目标是开发新的治疗方法。CReM的澳门威尼斯人注册网站研究人员与卡内基梅隆大学（CMU）的Ziv Bar-Joseph领导的另一个团队合作，设计了一种使用机器学习（一种允许计算机自主学习的人工智能）的新方法，以识别和选择产生持久肺细胞的最佳、最相关的条件。他们还使用了DNA条形码技术，这是一种将独特的DNA特征引入细胞的技术，这样就可以跟踪和识别细胞及其后代，从而精确监测肺细胞系随时间的增殖情况。澳门威尼斯人注册网站研究小组在《细胞干细胞》杂志的一篇新论文中描述了他们的发现。
“我们开发了一种技术组合……来建立一个动态的图像，什么因素有利于细胞继续成为肺细胞，”论文的合著者Killian Hurley说，他是爱尔兰皇家外科医学院的一名澳门威尼斯人注册网站研究员。“利用这些知识，我们能够改进生成肺细胞的方法，这样我们现在就可以创造出更多相关的细胞，这些细胞可以在培养皿中保持它们的细胞身份超过一年。”
澳门威尼斯人注册网站研究人员认为，他们的过程将提高他们在实验室中模拟肺部疾病和治疗疾病的能力，包括特发性肺纤维化、慢性阻塞性肺疾病（COPD）、α -1抗胰蛋白酶缺乏症、新生儿呼吸窘迫或早发间质性肺疾病。
Kotton说，这种方法将使澳门威尼斯人注册网站研究人员能够更精确地从个人身上设计出“非常挑剔”的肺细胞。他说：“其结果是一个取之不尽的新肺细胞来源，可以从任何年龄的任何病人身上制备。”
“我们为这项澳门威尼斯人注册网站研究开发的机器学习方法也可以应用于其他组织和器官的澳门威尼斯人注册网站研究，”该澳门威尼斯人注册网站研究的合著者、CMU博士后丁军说。“我们希望我们新开发的技术能够利用患者来源的干细胞产生纯粹的、无限的细胞供应，从而为疾病提供新的治疗或治愈方法。这些发展将延长人们的寿命，提高人们的生活质量。”
这项工作得到了美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院、Alpha-1基金会博士后奖学金奖和肺纤维化基金会的i.m. Rosenzweig青年澳门威尼斯人注册网站研究员奖的大量资助。
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