4 ottobre 2024
I sistemi di differenziazione da cellule staminali pluripotenti (PSC) a cellule funzionali sono attualmente ostacolati da problemi di grave variabilità da linea a linea e da lotto a lotto. Qui, utilizzando la differenziazione cardiaca come esempio principale, presentiamo un protocollo per monitorare e modulare in modo intelligente il processo di differenziazione della PSC basato sull'apprendimento automatico basato su immagini.
In questo studio, basato su immagini in campo chiaro di cellule vive, abbiamo sviluppato una strategia, sfruttando diversi modelli di apprendimento automatico. Questa strategia può identificare la linea cellulare in modo non invasivo, modulare il processo di differenziazione in tempo reale e ottimizzare il protocollo di differenziazione, migliorando l'invulnerabilità nella PSC-differenziazione cellulare funzionale. Le cellule staminali pluripotenti presentano la capacità di differenziarsi in molti tipi di cellule in vitro, che potrebbero essere utilizzate per la terapia cellulare, la modellazione della malattia e lo sviluppo di farmaci.
Uno dei problemi principali nella produzione di cellule derivate da PSC è l'instabilità tra le linee cellulari e i lotti. Spesso porta a più esperimenti ripetuti, che richiedono molto tempo e lavoro. Attualmente, le tecnologie microscopiche all'avanguardia potrebbero supportare l'acquisizione di immagini a lungo termine in time-lapse e ad alto rendimento su cellule vive.
Nel frattempo, il metodo di apprendimento automatico in rapida evoluzione viene sempre più applicato nell'analisi delle immagini cellulari, il che sta aprendo la possibilità di riconoscere specifici costituenti cellulari o immagini cellulari durante la differenziazione in coltura cellulare. Si spera che questo metodo possa essere applicato ad altri sistemi standardizzati di induzione del destino cellulare come la differenziazione degli organoidi, la transdifferenziazione diretta o la programmazione cellulare, specialmente per i sistemi instabili che richiedono più passaggi e induttori complessi. Inoltre, la nostra strategia è compatibile con altre tecnologie, che possono essere integrate in modo promettente in un sistema autoadattativo e a circuito chiuso per l'elaborazione completamente automatica della differenziazione PSC in vitro.
Questo studio affronta i problemi relativi alla variabilità nella differenziazione delle cellule staminali pluripotenti (PSC) sfruttando tecniche di apprendimento automatico. Utilizzando la differenziazione cardiaca come esempio principale, la ricerca presenta una strategia non invasiva per monitorare e modulare in tempo reale il processo di differenziazione delle PSC, con l'obiettivo di ottimizzare i protocolli e migliorare la coerenza.
La variabilità tra linea e linea e tra lotto e lotto nella differenziazione delle cellule staminali pluripotenti (PSC) rappresenta una sfida significativa per la riproducibilità e la scalabilità nei processi di scoperta di farmaci e di terapia cellulare. L'integrazione dell'immagineggiamento di cellule vive con il machine learning consente un monitoraggio e un controllo in tempo reale e non invasivo della differenziazione, favorendo una maggiore affidabilità predittiva e una standardizzazione. Questo approccio ha un impatto diretto sulle fasi iniziali della scoperta, sullo sviluppo dei saggi e sui flussi di lavoro traslazionali, riducendo il rischio biologico e permettendo una produzione costante di tipi cellulari funzionali.
Questa strategia di apprendimento automatico basata su immagini di cellule vive integra le fasi iniziali della scoperta fino all'identificazione dei composti promettenti e alla ricerca preclinica, sostenendo sia la verifica delle ipotesi sia la produzione standardizzata di cellule.