它可能標志著在實驗室里制作微型心臟、腎臟和大腦的技術轉變。

左邊模擬了不同干細胞群之間的相互作用，右圖則是干細胞在機器學習程序所規定的條件下生長，形成一個預期中的菌落。（點擊圖片可查看動圖）

圖：ASHLEY LIBBY, DAVID JOY AND IMAN HAGHIGHI, GLADSTONE INSTITUTES

科學家克服了制造微型器官的一個主要障礙，現在可以利用編程，使細胞呈現出我們所需的形狀，而不再是依靠3D打印或外部框架。

該研究已發表于《細胞系統》雜志，它可能標志著在實驗室里制作微型心臟、腎臟和大腦的技術轉變。或許有一天還能應用于個性化的器官移植。

美國格萊斯頓研究所的生物工程師Todd McDevitt等人的初衷是研究目前制造微型器官的方法里所包含的一個老問題：細胞老是待不住，總亂跑。

科學家提取人的皮膚細胞，并用合適的藥物將其組合起來，然后轉化為誘導性多功能干細胞（iPSCs），就可以制造出一個微型器官或類器官。iPSCs就是生物學的一張空白支票，它幾乎可以成為任何一種細胞類型。

比如說把它培育成一個迷你腎臟，那研究人員就可以坐在實驗室里，在這個迷你腎臟上復現腎臟疾病、測試治療方法。

腎臟模型的可信度取決于細胞的物理組織，因此，為了模擬真正的腎，經常需要用到3D打印。

但細胞就像叛逆的青少年，有自己的想法，常常會偏離研究人員印刷時設定的位置。

于是，McDevitt的團隊控制兩個基因，將它們組成操縱桿，用來指導細胞如何組織成形。

CDH1和ROCK1在細胞的最終構型移動中起著重要作用。它們會影響細胞間的粘性和排斥力，而這正是會影響到令細胞呈現球形的表面張力以及細胞的移動速度快慢的兩個因素。

研究人員使用基因編輯工具，在細胞團進化的不同階段敲除了CDH1和ROCK1，他們的目標是使其分化出牛眼一樣的細胞，這是一種在人類發育過程中常見的形狀，包括在早期胚胎的形成過程中。

為了監測該模式，他們設計了另一種方法：當CDH1和ROCK1被中和時，讓細胞發出熒光。

但這有個問題。

考慮到所有基因可能被敲除的潛在時間點、被靶向的細胞比例以及很多其它的變量，研究人員計算出他們需要做將近9000個實驗。

于是他們找了人工智能幫忙。他們訓練了一個機器學習模型來計算出哪一種基因敲除的組合可以實現“牛眼化”。

研究人員之一、來自波士頓大學生物信息學項目的Demarcus Briers表示：“機器學習可以根據觀看歷史來預測你可能喜歡的電影，同時它也可以通過模仿生物系統來生成實驗方案。”

“這個機器學習模型能幫助我們預測干細胞自我組織的方式，并在我們重現實驗的過程中提供指導。”

“我們已經展示出了如何利用干細胞的內在能力進行組織，”McDevitt說道，“這是一種全新的方法，不像打印直接把細胞強制地塞到特定的框架結構中。”

于是，人們不再是只能做出特定的一種器官，應用的方向將更加廣泛，甚至有可能改變生命的歷程。

“我們正走向真正的多細胞組織工程，這是器官工程的先驅，”McDevitt說，“當我們能在實驗室里制造出類人體器官時，就可以用它們來研究生物學和疾病了。否則，我們永遠無法真正地復現人體可能的變化。”

蝌蚪五線譜編譯自cosmosmagazine，譯者狗格格，轉載須授權