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CPHI制藥在線 資訊 Cell Stem Cell:郭峰團隊開發(fā)新型類器官技術(shù)平臺,解決壞死、缺氧等問題

Cell Stem Cell:郭峰團隊開發(fā)新型類器官技術(shù)平臺,解決壞死、缺氧等問題

熱門推薦: 人工智能計算 類器官 郭峰團隊
作者:王聰  來源:生物世界
  2025-03-19
印第安納大學(xué)郭峰團隊分別在類器官培養(yǎng)和AI計算領(lǐng)域取得成果,開發(fā)新支架及混合計算系統(tǒng)。

類器官(Organiod),是從干細胞衍生出的三維器官樣組織培養(yǎng)物,在發(fā)育生物學(xué)、藥物發(fā)現(xiàn)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。然而,當前類器官的功能和表型,尤其是神經(jīng)類器官,仍受到氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、代謝物、信號分子和藥物擴散不足的限制。

2025年3月17日,印第安納大學(xué)伯明頓分校郭峰團隊(蔡虹威為第一作者)在 Cell 子刊Cell Stem Cell上發(fā)表了題為:Vascular network-inspired diffusible scaffolds for engineering functional midbrain organoids的研究論文【1】。

該研究開發(fā)了一種受血管網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)的可擴散支架,用于構(gòu)建功能性中腦類器官,能夠在常規(guī)培養(yǎng)板中減少類器官的壞死、缺氧等問題,還增強了類器官的生理相關(guān)功能和藥理學(xué)反應(yīng)。

構(gòu)建功能性中腦類器

郭峰,2007年本科畢業(yè)于武漢大學(xué)物理系,2015年博士畢業(yè)于賓夕法尼亞州立大學(xué),獲得工程科學(xué)與力學(xué)博士學(xué)位,此后在斯坦福大學(xué)接受博士后訓(xùn)練。現(xiàn)為印第安納大學(xué)伯明頓分校智能系統(tǒng)工程系研究員。研究方向集中在基于微流控、聲學(xué)和人工智能的智能生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、傳感器和系統(tǒng)的開發(fā),以及用于大腦疾病和癌癥的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

在這項最新研究中,研究團隊提出了一種受血管網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)的可擴散(vascular network-inspired diffusible,VID)支架,以模擬生理擴散物理特性,用于生成功能性類器官,并表征其藥物反應(yīng)。

具體而言,通過 3D 打印的網(wǎng)狀管狀通道網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的 VID 支架,在常用的培養(yǎng)板中成功培育出了人類中腦類器官(human midbrain organoid),而且?guī)缀鯖]有壞死和缺氧現(xiàn)象。

與傳統(tǒng)類器官相比,該研究構(gòu)建的類器官發(fā)育出更具生理相關(guān)性的特征和功能,包括中腦特異性身份、氧代謝、神經(jīng)元成熟以及網(wǎng)絡(luò)活動。此外,與存在顯著擴散限制的傳統(tǒng)類器官相比,這些經(jīng)過工程改造的類器官還能更好地重現(xiàn)藥理學(xué)反應(yīng),例如對藥物暴露后的神經(jīng)活動變化。

該研究的亮點:

● 3D 打印支架模擬血管網(wǎng)絡(luò)的生理擴散物理特性;

● 工程化 3D 類器官培養(yǎng)物,減少壞死、缺氧和細胞應(yīng)激;

● 增強了類器官的生理相關(guān)功能和藥理學(xué)反應(yīng)。

提供新見

總的來說,該平臺可能為類器官的開發(fā)和治療創(chuàng)新提供新見解。

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2023年12月12日,印第安納大學(xué)伯明頓分校郭峰團隊(蔡虹威為第一作者)在Nature子刊Nature Electronics上發(fā)表了題為:Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence的研究論文【2】。

該研究開發(fā)了一種由電子硬件和大腦類器官(Brain organoid)組成的混合神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng),可以執(zhí)行如語音識別和非線性方程預(yù)測等人工智能(AI)任務(wù)。這一研究凸顯出一種可能的方法,或可克服現(xiàn)有計算硬件的一些限制。

研究

用于AI計算的無監(jiān)督學(xué)習(xí)的大腦意識

用于AI計算的無監(jiān)督學(xué)習(xí)的大腦意識

論文鏈接:

1.https://www.cell.com/cell-stem-cell/abstract/S1934-5909(25)00049-9

2. https://www.nature.com/articles/s41928-023-01069-w

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