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每日快播：實(shí)驗(yàn)室4.0時(shí)代，創(chuàng)新案例征集

2023-06-01 06:43:20     來(lái)源 : DeepTech深科技


【資料圖】

如何讓已經(jīng)分化的細(xì)胞重新獲得干細(xì)胞的能力？這個(gè)問(wèn)題就好像如何讓河水倒流一樣困難，逆轉(zhuǎn)自然進(jìn)程。
日本科學(xué)家山中伸彌，根據(jù)已有的線索找到了 24 個(gè)在干細(xì)胞中高表達(dá)（含量高），但在分化細(xì)胞中低表達(dá)的調(diào)控因子。他的一個(gè)學(xué)生將這 24 個(gè)因子分別單獨(dú)轉(zhuǎn)入到了 24 株皮膚細(xì)胞中，但都沒(méi)有成功獲得干細(xì)胞。他的學(xué)生大膽提議，將這 24 個(gè)因子的基因同時(shí)轉(zhuǎn)入到一個(gè)已經(jīng)分化的皮膚細(xì)胞中，竟然真的讓皮膚細(xì)胞變成了干細(xì)胞。
這 24 個(gè)因子中哪些是最重要的呢？他們從這 24 個(gè)因子中每次去掉一個(gè)因子，轉(zhuǎn)入皮膚細(xì)胞中看能否讓其變成干細(xì)胞，逐漸縮小范圍，最終成功鎖定了 4 個(gè)最重要的因子。只需要添加這 4 個(gè)因子，就可以讓皮膚細(xì)胞轉(zhuǎn)化成干細(xì)胞，重新獲得分化潛能。山中伸彌團(tuán)隊(duì)發(fā)明了劃時(shí)代的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）技術(shù)，并以此獲得 2012 年的諾獎(jiǎng)。
從 24 個(gè)因子縮小到 4 個(gè)因子，假設(shè)他們每次都恰好去掉了正確的因子，并且沒(méi)有實(shí)驗(yàn)操作失誤，也需要 20 次實(shí)驗(yàn)以及 300 次轉(zhuǎn)入基因的操作，其中包含上萬(wàn)次的加樣、離心、涂板等各種重復(fù)性實(shí)驗(yàn)操作。
從孟德?tīng)柾愣故诜郯l(fā)現(xiàn)遺傳定律，袁隆平培育雜交水稻，到山中伸彌的 iPSC 技術(shù)的發(fā)明， 大量的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)操作，是生命科學(xué)研究取得成就的必經(jīng)之路。
隨著多組學(xué)時(shí)代的到來(lái)，生命科學(xué)逐漸發(fā)展為大數(shù)據(jù)科學(xué)，越來(lái)越多的發(fā)現(xiàn)依賴于高通量實(shí)驗(yàn)?！叭斯じ咄俊?，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易出錯(cuò)。動(dòng)輒幾百上千個(gè)樣品的 DNA 提取、蛋白表達(dá)量分析，許多新的信號(hào)通路、轉(zhuǎn)錄因子、藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)依賴于高通量篩選。藥企需要從上萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)的分子庫(kù)中找到有活性的先導(dǎo)化合物，再優(yōu)化出合適的臨床前候選化合物。
而隨著人造肉、替代蛋白、青蒿素、PHA、DNA 存儲(chǔ)等各項(xiàng)應(yīng)用發(fā)展，合成生物學(xué)被越來(lái)越多的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療、生物基材料等領(lǐng)域。
合成生物學(xué)的研究需要建立“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”的閉環(huán)。大規(guī)模構(gòu)建完成后， 測(cè)試成為一個(gè)限速步驟。一周可能做一個(gè)幾百萬(wàn)的建庫(kù)都沒(méi)有太大問(wèn)題，但是測(cè)試需要一個(gè)一個(gè)測(cè)，特別是酶、細(xì)胞工廠等等，每一個(gè)樣品 30 分鐘，一周最多就測(cè)幾百個(gè)，以這個(gè)速度永遠(yuǎn)是測(cè)不完的。
生命的高度復(fù)雜性，使得很多時(shí)候都需要高通量的方式先求解，再通過(guò)逆向工程去研究原理。目前生命科學(xué)的研究和生產(chǎn)中存在大量的重復(fù)性操作，需要自動(dòng)化的手段來(lái)提高效率和準(zhǔn)確率，解放生產(chǎn)力。而疫情對(duì)于核酸檢測(cè)的高通量以及安全性的要求，更是實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化發(fā)展的催化劑。
但生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化跟通常制造業(yè)工廠自動(dòng)化不同。 首先操作更加微觀，而且由于在研發(fā)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和條件多變，這對(duì)自動(dòng)化儀器設(shè)備的靈活性或者說(shuō)柔性的要求更高。生命科學(xué)行業(yè)迫切需要一場(chǎng)工業(yè)革命。隨著自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)的高速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的變革即將到來(lái)，進(jìn)入 時(shí)代。多個(gè)生物學(xué)場(chǎng)景下的智能自動(dòng)化平臺(tái)將組成一個(gè)全新的生命科學(xué)“操作系統(tǒng)”，帶來(lái)生命科學(xué)及下游行業(yè)生產(chǎn)力的革命。
圖 | 自動(dòng)移液平臺(tái)（來(lái)源：Hamilton 官網(wǎng)）
DeepTech研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注全自動(dòng)液體處理工作站、樣本前處理平臺(tái)、機(jī)械臂、柔性自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等各種生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化技術(shù)，深入探討這些技術(shù)在生命科學(xué)、合成生物學(xué)、新藥的研發(fā)和生產(chǎn)等場(chǎng)景的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際案例解析實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化技術(shù)如何賦能生命科學(xué)探索。
現(xiàn)對(duì)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室 自動(dòng)化技術(shù)，在生命科學(xué)研究、合成生物學(xué)、CRO、藥企等場(chǎng)景的應(yīng)用，公開(kāi)征集創(chuàng)新案例。若您和您的團(tuán)隊(duì)對(duì)此感興趣，歡迎與我們聯(lián)系，共同探討合作機(jī)會(huì)。

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