美國科學家克服了微型器官產生中的一個主要障礙，可以對細胞進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“由內而外”的方法在《細胞系統》雜志上的一篇論文中進行了描述，它可能標志著微型心臟，腎臟和大腦在實驗室工作臺上的生長方式發(fā)生了轉變-一種用于研究可能一天導致個性化器官移植。

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

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

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

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

McDevitt的團隊希望擁有這些細胞的頭腦，因此控制了兩個基因，這些基因共同構成操縱桿，指導細胞如何組織。

CDH1和ROCK1在導致一組單元最終配置的復雜動作中占有重要地位。該對影響細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在細胞團進化的不同階段敲除了這兩個基因。他們的目標是制作牛眼圖案，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，他們進行了另一項調整-在CDH1和ROCK1被中和時使細胞發(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，要靶向的細胞比例以及許多其他變量考慮在內，研究人員計算出，他們需要進行近9000次試錯實驗。

因此，他們呼吁AI。他們訓練了機器學習模型，以計算實現夢想形狀所需的基因敲除的精確模式。

波士頓大學生物信息學計劃的合著者Demarcus Briers說：“機器學習可以根據您的觀看歷史預測您喜歡的電影，但是通過模仿它們，也可以對生物系統產生新的見解。”

“我們的機器學習模型使我們能夠預測干細胞組織自身的新方式，并提供有關如何在實驗室中重新創(chuàng)建這些預測的說明。”

從字面上看，該模型非常有用，它使團隊能夠產生他們所瞄準的同心圓狀細胞。

McDevitt說：“我們已經展示了如何利用干細胞的內在能力進行組織。”“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，您試圖將細胞物理地逼入特定的結構。”