研究人員開(kāi)發(fā)出能夠推進(jìn)細(xì)胞重編程領(lǐng)域的算法

來(lái)自Duke-NUS醫(yī)學(xué)院(Duke-NUS)，布里斯托大學(xué)，莫納什大學(xué)和RIKEN的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種算法，可以預(yù)測(cè)將一種人類(lèi)細(xì)胞類(lèi)型轉(zhuǎn)換為另一種細(xì)胞所需的因子。這些改變游戲規(guī)則的發(fā)現(xiàn)最近于2016年1月18日在線發(fā)表在Nature Genetics期刊上，對(duì)再生醫(yī)學(xué)具有重要意義，并為進(jìn)一步研究細(xì)胞重編程奠定了基礎(chǔ)。

已知細(xì)胞類(lèi)型不是固定的，并且可以通過(guò)添加一組獨(dú)特的細(xì)胞因子將一種細(xì)胞類(lèi)型重新編程或轉(zhuǎn)換成另一種細(xì)胞類(lèi)型。這種方法由Shinya Yamanaka提出，他的諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品涉及從皮膚重新編程成纖維細(xì)胞到誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS)。理論上，然后可以將iPS直接重編程為例如可以幫助治療黃斑或眼睛退化的視網(wǎng)膜細(xì)胞。然而，在實(shí)踐中，由于重編程細(xì)胞中癌性突變的積累，這種細(xì)胞轉(zhuǎn)化方法似乎存在技術(shù)和安全問(wèn)題，因此導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的行為。

此外，盡管有這一突破，確定每個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)化需要操作的獨(dú)特細(xì)胞因子集是一個(gè)漫長(zhǎng)而昂貴的過(guò)程，涉及許多試驗(yàn)和錯(cuò)誤。因此，確定細(xì)胞轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵細(xì)胞因子組的第一步是研究人員和醫(yī)生在細(xì)胞重編程領(lǐng)域面臨的主要障礙。

為了克服這一障礙，Duke-NUS高級(jí)研究員Owen Rackham博士工作了五年，開(kāi)發(fā)了一種計(jì)算算法來(lái)預(yù)測(cè)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的細(xì)胞因子。該算法稱(chēng)為Mogrify，能夠預(yù)測(cè)任何給定細(xì)胞轉(zhuǎn)化所需的最佳細(xì)胞因子組。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，Mogrify能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)正確發(fā)布的細(xì)胞轉(zhuǎn)化所需的細(xì)胞因子集。為了進(jìn)一步驗(yàn)證Mogrify的預(yù)測(cè)能力，該團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中使用人類(lèi)細(xì)胞進(jìn)行了兩次新的細(xì)胞轉(zhuǎn)化，這兩次嘗試僅使用Mogrify的預(yù)測(cè)成功。

“Mogrify就像細(xì)胞的'世界地圖集'一樣，可以讓我們?cè)谌祟?lèi)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程中繪制出新的領(lǐng)域，”來(lái)自Duke-NUS復(fù)雜疾病實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)遺傳學(xué)的Rackham博士解釋說(shuō)。“我們希望通過(guò)這種創(chuàng)新方法實(shí)現(xiàn)的首批臨床應(yīng)用之一是將患者的”有缺陷“細(xì)胞重新編程為”功能正常“的健康細(xì)胞，而無(wú)需中間iPS步驟。然后可以將這些細(xì)胞重新植入患者體內(nèi)，在實(shí)踐中，應(yīng)該有效地實(shí)現(xiàn)新的再生醫(yī)學(xué)技術(shù)。“

該研究的共同作者，Duke-NUS計(jì)算生物學(xué)中心復(fù)雜疾病實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)遺傳學(xué)負(fù)責(zé)人Enrico Petretto副教授強(qiáng)調(diào)，由于Mogrify完全由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，其穩(wěn)健性和準(zhǔn)確性只能繼續(xù)隨著更全面的數(shù)據(jù)被收集并輸入框架而得到改進(jìn)。

“Mogrify是一種改變游戲規(guī)則的方法，利用大數(shù)據(jù)和系統(tǒng)生物學(xué);這將激發(fā)新的翻譯應(yīng)用程序，因?yàn)槎趴诵录悠聡?guó)立大學(xué)的工作和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，”佩特雷托副教授說(shuō)。

Mogrify已經(jīng)在線提供給其他研究人員和科學(xué)家。Duke-NUS的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在計(jì)劃專(zhuān)注于Mogrify在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。杜克 - 新加坡國(guó)立大學(xué)內(nèi)部研究小組之間的合作努力已經(jīng)到位，可以應(yīng)用該算法來(lái)幫助開(kāi)發(fā)特定疾病(如癌癥)的治療方法。

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