王治鈞

納比哈博士在TED大會進行演講

科學家提出設想，在未來，人類可以將自己的干細胞提前儲存，需要新的神經(jīng)元、肌肉細胞、皮膚細胞時，都可以從這個“干細胞銀行”中將它們提取出來，而且身體免疫系統(tǒng)不會排斥或攻擊這些新細胞。事實上，你的身體甚至意識不到這些新細胞是在細胞工廠制造的。近年來生物學、激光物理學和機器學習交叉領域的突破，使這一設想有了實現(xiàn)的可能。

這是如何實現(xiàn)的？首先，要從物理學開始講起。

初識干細胞療法

人體是大自然的奇跡，數(shù)以億計的細胞同步工作為我們輸送血液、分泌多巴胺，讓我們感受大千世界。但隨著年齡漸長，我們的細胞會變老，于是皮膚開始松弛，人體內的軟骨開始嚴重磨損等等。衰老和疾病是自然規(guī)律，但干細胞可以讓這個規(guī)律推遲，因為干細胞能夠成為全能的替補細胞。

干細胞，一種具有自我更新能力和多向分化潛能的原始細胞，是機體的起源細胞，在一定條件下，可以分化成多種功能細胞或組織器官，所以又被稱為“萬用細胞”。干細胞植入人體后，可替代已損傷的細胞進行修復，從而達到治療的目的，這就是干細胞療法（Stem-celltherapy）。

干細胞示意圖

干細胞療法

通過對干細胞進行體外分離、培養(yǎng)、定向誘導分化等，能夠培養(yǎng)出全新的、正常的、更年輕的細胞、組織、器官等。然后通過特殊的移植技術移植到體內，代替那些病患或不正常的細胞，從而恢復機體功能。其實，干細胞治療并不新奇，造血干細胞移植治愈白血病的案例不勝枚舉，這項技術也可以應用于肝硬化、腦癱等疾病的治療。

干細胞療法遇難題

人工評估干細胞

科學家通過顯微鏡投屏，手工評估并移除不需要的細胞

定制化干細胞旨在制造能夠真正對每個人有效的藥物

干細胞療法是未來醫(yī)學重要的研究和應用方向。不過，制造干細胞并非易事，需要提取患者的血液細胞，加入化學物質把它們變成干細胞。然而，現(xiàn)實操作中最終得到的卻是一盤非常雜亂的、不同方向（向眼睛、大腦、肝臟發(fā)展）的細胞，這些隨機細胞必須被移除。

從前，研究人員只能靠手工操作移除這些隨機細胞。納比哈第一次造訪哈佛干細胞研究所時，看到一位科學家在觀察并評估干細胞——利用他們多年的經(jīng)驗和專業(yè)知識去確定哪些細胞質量低下，并移除不需要的細胞。這個手動過程非常耗時、乏味且產(chǎn)量很小。最終能夠通過人體移植所需的最終質量保證測試的細胞，大約占總數(shù)的10%～20%，所以定制化的干細胞銀行價值不菲。

想要讓干細胞生產(chǎn)過程規(guī)?；屹M用可承受，就需要把這個過程自動化，納比哈博士決定使用物理方法去攻克這個難題。

干細胞激光定制化技術過程圖

干細胞遇激光

納比哈在求學期間就提出，可以創(chuàng)造性地使用激光來設計修改細胞。她還沒有畢業(yè)就發(fā)明了細胞激光編輯發(fā)明專利——可以在精確的時間間隔里瞄準數(shù)百萬個細胞中的任何一個。

為了提高用激光移除不需要的細胞這個過程的自動化程度，納比哈在畢業(yè)后組建了團隊，吸引來很多有物理學、干細胞生物學和機器學習背景的大咖研究者一起協(xié)作。他們使用機器來學習識別不需要的細胞并移除它們，還開發(fā)了算法，在尋找有用信息和圖像方面也有顯著成效，且成為機器學習的一個完美使用場景，革新了再生醫(yī)學行業(yè)。

干細胞激光定制化技術的原理是：取一些血液細胞，放在卡盒中，往血液細胞里加入化學物質讓它們變成干細胞，機器識別出不需要的細胞并用激光殺死它們。

為確定細胞質量的高低，科研人員還收集了大量數(shù)據(jù)，應用算法，根據(jù)各種因素確定細胞質量。細胞質量的判斷標準為細胞形態(tài)——即細胞的形狀、大小和密度。

機器決定打印細胞的時間和頻率，并使用全自動系統(tǒng)來運行整個過程。經(jīng)過反復修剪后，就可以得到專屬的完美干細胞培養(yǎng)物，隨時可以存入干細胞銀行并使用。

干細胞療法的未來在何方

隨著費用的降低，科學家可以進行越來越大規(guī)模的臨床試驗，去開發(fā)還不存在的治療方法。而且可以給新藥物開發(fā)帶來不一樣的思路，也許會讓未來變得更有趣。

在未來，將會出現(xiàn)大規(guī)模的干細胞農(nóng)場，數(shù)百萬的卡盒放著每個人的定制化干細胞銀行

例如，現(xiàn)在我們服藥在某種程度上其實是一種試錯，你并不能確切知道這種藥物是不是對你有效，只能先將它服入體內。但如果我們有一個芯片，內含你的細胞（如眼睛細胞、大腦細胞、心臟細胞、肌肉細胞、血液細胞）的微型人體復制品。我們就可以在實驗室里首先測試它們是否有效。如果有效，就可以服藥;如果無效，藥劑師可以為你定制藥物。這也是科學家多年來的希望和夢想。

如果說20世紀是藥物治療的時代，那么21世紀就是定制化細胞治療的時代。終有一天，我們能夠找到適合每一位患者的治療方法，隨著科學技術的高速發(fā)展，相信這一天的到來會比你想象的快得多。

（責任編輯/王佳穎 美術編輯/周游）

測試定制化藥物是否對人體的細胞有效