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目前，干细胞产业主要包括储存和应用两大板块，加上这两年出现的第三方检测平台专门为干细胞企业提供干细胞制剂的相关检测服务。伴随着制造业和人工智能软件的发展，使得干细胞的智能化培养成为了可能。干细胞储存板块最早实现干细胞产品中的智能自动化。应用板块的智能自动化主要针对干细胞的培养扩增和制备工艺。 1，干细胞分离设备 干细胞分离设备专为造血干细胞的分离所制造。造血干细胞可以来源于经过骨髓动员后的外周血，也可以来源于脐带血。因脐带和胎盘通过血管相连，采集脐带血也就是同时采集了胎盘血液。本文重点介绍2款造血干细胞的分离设备。 瑞士biosafe Sepax 2干细胞分离系统是当前国际上最优化的分离设备。 Sepax细胞处理系统是一种新型的细胞离心分离设备，适合分离骨髓，脐带血，外周血。Sepax分离处理体积范围比较大，介于30-880ml均可。整个设备密闭无菌，对干细胞进行快速自动处理。干细胞被收集在标准化血袋中以备进一步处理，如细胞分选、浓缩、洗涤、深低温保藏，或给患者干细胞移植。 SEPAX系统小巧、轻便并多功能，是血液成分处理的理想平台，具有高回收率和保证处理后细胞高活力。 博雅干细胞在2007年即推出博雅AXP自动分离设备。XP® Ⅱ是博雅旗下第二代全自动干细胞分离系统，配合配套的细胞分离耗材装置，AXP® Ⅱ可以在保障环境全封闭、无菌的同时，从脐带血单元中自动地、快速地、持续地收集干细胞和祖细胞。 2018年11月，AXP® Ⅱ系统获得美国食品药品监督管理局（FDA）510(k)的市场许可，可用于临床级血库。2019年6月获得加拿大卫生部（Health Canada）批准。AXP® Ⅱ系统拥有可靠的减容处理能力，能够在30分钟内将脐带血减容加工到自定义的体积，实现处理过程的标准化，并且可以同时处理6份样本。AXP® Ⅱ系统可以达到90%以上的单个核细胞（MNC）回收率，以及95%以上的CD34 细胞回收率。AXP® Ⅱ系统的操作十分简单：将脐带血从标准采样袋转移到设备中并进行离心，而后血液就会分为红细胞层、白细胞层和血浆区段，AXP® Ⅱ系统自动将这些组分分别收集到相应的独立收集袋中，便于取用。 国外BCT公司的Quantum系统也比较有实力，最大的优势在于收集细胞只需要20分钟。 当然，还有其它的品牌，也能直接从全血液中分离出细胞白膜层，即单个核细胞层，比如意大利的Silfradent CGF离心分离机等等，但是这些设备的一次性处理量不能满足上百毫升的脐血。 2，干细胞存储设备（系统） 常见的细胞存储设备为液氮罐，有很简单的一个金属罐，也有自带智能监控系统的液氮罐，比如金西盟气相液氮罐。气相液氮罐有利于减少微生物污染和冻存管爆炸等一些优点而备受关注。 金西盟气相液氮罐可以同时存放冻存管及血袋，配有自动填充控制和报警系统可选配备用电池，提高安全系数。 上海原能细胞生物低温设备有限公司开发的BSN系列深低温样本库是为保存珍贵生物样本而设计的深低温自动化存储系统。独创的专利设计确保样本在存入、存储和提取过程中始终稳定地保持在深低温环境。 BSN系列配置有先进的信息化管理平台，能够确保高效地样本处理，准确地库存管理以及全方位的设备运行监控。BSN系列单设备最大存储容量从6千份到15万份不等。 博雅集团子公司开发的AXP自动化制备系统搭配BioArchive自动化存储系统，能较好地实现智能自动化生产。 经过细胞制备和存储后，CD34 细胞的活力高达93%，而其它生物样本库的CD34 细胞活力只有62%。 如果同行友商对这个数据没有异议的话，那么博雅的AXP BioArchive自动化制备存储系统真的是逆天了，技术水平的领先不是一节半载。 3，干细胞培养和分化设备 要利用胚胎干细胞和/或iPS细胞治疗疾病，就需要对胚胎干细胞和iPS细胞进行诱导培养，彻底分化为成熟的组织功能细胞，再用这些分化成熟的功能细胞移植体内，替代生病或已经死亡的组织细胞，从而发挥治疗作用。这个诱导分化必须彻底，如果不彻底，这些细胞群体里面还含有存留的胚胎干细胞和/或iPS细胞，那么这些分化潜能极强的干细胞就很有可能出现自动各种不受控制的分化，即成为癌细胞。 在干细胞分化智能化设备方面，日本和我国都走在前沿。 RORZE-ReMed公司致力于自动化细胞培养设备的开发及应用，全球首款全自动细胞培养、换液、成像、大数据图像集成分析等一体化设备。 官方宣传经对照组实验证明，自动设备培养的体细胞存活率与有经验的人工培养相差无几，iPS、ES（胚胎干细胞）、MSC（间充质干细胞）细胞存活率优于人工培养10%。 中国科学院广州生物医药与健康研究院（中科院广州生物院）承担的国家重大科研装备研制项目“全自动干细胞诱导培养设备”通过国家验收，正式投入运行。 这是全球首台自动化、应用深度神经网络的智能化干细胞诱导培养设备，具有完全自主知识产权，首次实现以机器学习及人工智能算法为逻辑判定的细胞重编程命运的自动化诱导，将实现规模化、自动化、智能化的诱导干细胞制备。“全自动干细胞诱导培养设备”建立了从细胞培养、显微在线观测、移液换液、算法识别、克隆挑取及设备控制的装备技术，实现诱导多能干细胞（iPS）自动化诱导培养、扩增、成像、移液换液、挑取克隆、下游分化等功能。 由哈尔滨工业大学科研团队牵头研制“MiStem”系列干细胞培养设备，具有完全自主知识产权，在全球首次实现了仿真体内干细胞生理环境培养，并实现由传统手工2D培养到3D智能化培养的工业化培养转变。 这个设备在保证干细胞进体内的归巢能力基础上，大规模提升细胞生产数量与效率，同时大幅度降低了细胞的死亡率和突变率，细胞质量稳定性也远高于现有技术。 4，独特的间充质干细胞（MSC） 不同于胚胎干细胞、iPS和造血干细胞，MSC的治疗机制并不在于分化为成熟的终末期功能细胞，而是在于分泌各种细胞因子和免疫调节功能，因此大规模增殖培养是MSC工艺的关键。在正常增殖培养的条件下，MSC并不会出现自然分化现象。因此，MSC行业的关键在于MSC的稳定增殖扩增而不出现基因组的原癌基因的突变和复制衰老等情况。因为MSC也会面临着复制衰老的情况，就是每次细胞增殖裂变一分为二，都会缓慢渐进式伴随着进一步老化，表现为端粒缩短、氧自由基清除减少、分泌水平下降、增殖变慢等。因此，不经过消化传代阶段，一次细胞低密度接种操作，然后无限增殖扩增，一次培养收获足够多的细胞数，这样的操作必然导致收获的细胞中衰老细胞增多。 细胞的倍增时间和传代数不是一个概念。倍增时间指的是细胞扩增一倍需要的时间，即增殖分裂一分为二所需要的时间。传代数指细胞在一个培养瓶中长满了，进行换瓶操作的次数。一般情况，细胞培养一个代数的时间大于倍增时间，因为一个代数的时间内，细胞已经增殖分裂了数次。 在整个大规模扩增过程中，要实现自动智能化，需要满足以下4个功能模块：（1）细胞增殖融合度的判断功能。在细胞长满90%左右的时候，能自动启动消化、离心、接种等传代操作。这个功能模块最容易实现。（2）自动换液功能。在细胞消化操作前，需要自动吸弃培养上清，然后加入平衡盐缓冲液冲洗几遍细胞，再吸弃缓冲液，最后加入消化酶溶液消化贴壁的细胞。如果细胞培养贴壁在某种生物材料，比如热敏感或者酸碱敏感等，可以通过缓冲液来直接实现细胞的消化脱落，那么就可以省去消化酶的使用。（3）收集（离心）功能。吸取消化下来的细胞进行离心，完全培养基重悬离心管的细胞沉淀。如果这个阶段借助细胞筛，则可以直接过滤收集而不需要离心。（4）接种功能。重悬细胞沉淀，计算好细胞数，再接种到新的培养瓶或其它载体中继续培养。这4个功能模块单独设计，然后组装在一个封闭的环境，外置各种液体的接口和接收废液的接口。这种培养自动化设备在理论上是行得通的。 国外著名的CompacT SelecT™自动化细胞培养系统，用于商业和学术生命科学的实验室。
CompacT SelecT™系统能够培养多种细胞系，可以用于肿瘤研究、干细胞研究和药物毒性研究。CompacT SelecT™系统的优势在于自动化设备结合传统培养瓶，在传统培养瓶的基础上实现大规模自动智能化培养。它可以根据需要生成用于基于细胞的筛选和分析开发的分析准备板。世界各地的实验室正在使用超过40个系统，包括许多用于自动干细胞培养和相关研究应用的系统。 赛动生物开发全自动干细胞制备系统，利用机械臂代替人工操作，从而可以构建整个全自动和全封闭的细胞制备系统。
但是，这些自动封闭体系里面，一些试剂和耗材（比如培养瓶）需要预先放置在固定位置，才能有利于机械臂操作。那么，放置这些试剂和耗材的工作又如何完成？ 随着智能制造整体行业的发展，相信干细胞的整个产业链均可以实现智能自动化，从而实现大规模的干细胞工业化，干细胞药物的到来，将为健康中国做出巨大的贡献。 注：本文内容主要来自设备或生物公司官网的公开材料。如有异议，可联系本小编进行修订/删除等操作。 |
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