摘要：細(xì)胞培養(yǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)上的紫外線“指紋”可以在30分鐘內(nèi)提供明確的是/否污染評估。
新加坡 - 麻省理工學(xué)院科研與技術(shù)聯(lián)盟（SMART，麻省理工學(xué)院在新加坡的研究機(jī)構(gòu)）下屬的個性化醫(yī)療制造關(guān)鍵分析（CAMP）跨學(xué)科研究小組的研究人員，與麻省理工學(xué)院、新加坡科技研究局（A*STAR）皮膚研究實驗室以及新加坡國立大學(xué)合作，開發(fā)出了一種新方法，能夠在細(xì)胞治療產(chǎn)品（CTP）的生產(chǎn)過程早期，快速且自動地檢測和監(jiān)測微生物污染情況。通過測量細(xì)胞培養(yǎng)液的紫外線吸光度，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)識別與微生物污染相關(guān)的光吸收模式，這種初步檢測方法旨在縮短無菌檢測的整體時間，進(jìn)而減少患者等待細(xì)胞治療產(chǎn)品劑量的時間。這一點尤為關(guān)鍵，因為對于絕癥患者而言，及時接受治療可能會挽救他們的生命。
圖1機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的紫外吸收光譜技術(shù)用于細(xì)胞治療產(chǎn)品中的微生物污染檢測細(xì)胞治療代表了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一個充滿前景的新前沿，尤其是在治療癌癥、炎癥性疾病和慢性退行性疾病等方面，它通過操縱或替換細(xì)胞來恢復(fù)功能或?qū)辜膊 Ｈ欢?xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一個主要挑戰(zhàn)是，在將細(xì)胞給予患者之前，要快速有效地確保細(xì)胞沒有受到污染。
現(xiàn)有的基于微生物學(xué)方法的無菌檢測方法勞動強度大，檢測污染情況可能需要長達(dá) 14 天的時間，這可能會對急需治療的重癥患者產(chǎn)生不利影響。雖然像快速微生物檢測方法（RMMs）這樣的先進(jìn)技術(shù)可以將檢測周期縮短至 7 天，但它們?nèi)匀恍枰獜?fù)雜的流程，如細(xì)胞提取和生長富集培養(yǎng)基，而且在樣品提取、測量和分析等操作過程中高度依賴技術(shù)熟練的工人。這就迫切需要新的方法，既能在不影響細(xì)胞治療產(chǎn)品質(zhì)量的前提下更快得出檢測結(jié)果，滿足患者的使用時間要求，又能采用簡單的工作流程，無需額外的準(zhǔn)備工作。
在發(fā)表于《科學(xué)報告》雜志上的一篇題為《機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的紫外吸收光譜法檢測細(xì)胞治療產(chǎn)品中的微生物污染》的論文中，SMART CAMP 的研究人員介紹了他們?nèi)绾谓Y(jié)合紫外吸收光譜法，開發(fā)出一種機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的方法，用于在生產(chǎn)早期對細(xì)胞污染進(jìn)行無標(biāo)記、非侵入性的實時檢測。
這種方法相較于傳統(tǒng)的無菌檢測方法和快速微生物檢測方法具有顯著優(yōu)勢，因為它無需對細(xì)胞進(jìn)行染色以識別標(biāo)記的生物體，避免了細(xì)胞提取的侵入性過程，并且能在半小時內(nèi)得出檢測結(jié)果。它提供了一種直觀、快速的 “是 / 否” 污染評估，通過簡單的工作流程便于實現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)采樣的自動化。此外，所開發(fā)的這種方法不需要專門的設(shè)備，從而降低了成本。
圖2平均吸光光譜
“這種快速、無標(biāo)記的方法被設(shè)計為細(xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一個初步步驟，作為一種持續(xù)安全檢測的形式，它使用戶能夠盡早檢測到污染，并及時采取糾正措施，包括僅在檢測到可能的污染時才使用快速微生物檢測方法。這種方法節(jié)省了成本，優(yōu)化了資源配置，并最終加快了整個生產(chǎn)進(jìn)程。” SMART CAMP 的高級研究工程師、該論文的第一作者什魯?shù)?潘迪?切爾瓦姆（Shruthi Pandi Chelvam）說道。
“傳統(tǒng)上，細(xì)胞治療產(chǎn)品的生產(chǎn)勞動強度大，且受操作人員差異的影響。通過引入自動化和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，我們希望簡化細(xì)胞治療產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，并降低污染風(fēng)險。具體來說，我們的方法支持在指定的時間間隔自動進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)采樣以檢查污染情況，這減少了諸如樣品提取、測量和分析等手動操作任務(wù)。這使得能夠持續(xù)監(jiān)測細(xì)胞培養(yǎng)情況，并在早期階段檢測到污染。” 麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系的克拉倫斯?J?勒貝爾教授（Clarence J. LeBel）、SMART CAMP 的首席研究員、該論文的通訊作者拉杰夫?拉姆（Rajeev Ram）說道。
展望未來，后續(xù)的研究將集中于擴(kuò)大該方法的應(yīng)用范圍，以涵蓋更廣泛的微生物污染物，特別是那些代表當(dāng)前良好生產(chǎn)規(guī)范環(huán)境以及先前已確定的細(xì)胞治療產(chǎn)品污染物的微生物。此外，除了間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）之外，還可以在更多的細(xì)胞類型上測試該模型的穩(wěn)健性。除了細(xì)胞治療產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域，這種方法還可以應(yīng)用于食品和飲料行業(yè)，作為微生物質(zhì)量控制檢測的一部分，以確保食品產(chǎn)品符合安全標(biāo)準(zhǔn)。
參考資料
[1]Machine learning aided UV absorbance spectroscopy for microbial contamination in cell therapy products
摘要：細(xì)胞培養(yǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)上的紫外線“指紋”可以在30分鐘內(nèi)提供明確的是/否污染評估。
新加坡 - 麻省理工學(xué)院科研與技術(shù)聯(lián)盟（SMART，麻省理工學(xué)院在新加坡的研究機(jī)構(gòu)）下屬的個性化醫(yī)療制造關(guān)鍵分析（CAMP）跨學(xué)科研究小組的研究人員，與麻省理工學(xué)院、新加坡科技研究局（A*STAR）皮膚研究實驗室以及新加坡國立大學(xué)合作，開發(fā)出了一種新方法，能夠在細(xì)胞治療產(chǎn)品（CTP）的生產(chǎn)過程早期，快速且自動地檢測和監(jiān)測微生物污染情況。通過測量細(xì)胞培養(yǎng)液的紫外線吸光度，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)識別與微生物污染相關(guān)的光吸收模式，這種初步檢測方法旨在縮短無菌檢測的整體時間，進(jìn)而減少患者等待細(xì)胞治療產(chǎn)品劑量的時間。這一點尤為關(guān)鍵，因為對于絕癥患者而言，及時接受治療可能會挽救他們的生命。
圖1機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的紫外吸收光譜技術(shù)用于細(xì)胞治療產(chǎn)品中的微生物污染檢測細(xì)胞治療代表了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一個充滿前景的新前沿，尤其是在治療癌癥、炎癥性疾病和慢性退行性疾病等方面，它通過操縱或替換細(xì)胞來恢復(fù)功能或?qū)辜膊 Ｈ欢?xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一個主要挑戰(zhàn)是，在將細(xì)胞給予患者之前，要快速有效地確保細(xì)胞沒有受到污染。
現(xiàn)有的基于微生物學(xué)方法的無菌檢測方法勞動強度大，檢測污染情況可能需要長達(dá) 14 天的時間，這可能會對急需治療的重癥患者產(chǎn)生不利影響。雖然像快速微生物檢測方法（RMMs）這樣的先進(jìn)技術(shù)可以將檢測周期縮短至 7 天，但它們?nèi)匀恍枰獜?fù)雜的流程，如細(xì)胞提取和生長富集培養(yǎng)基，而且在樣品提取、測量和分析等操作過程中高度依賴技術(shù)熟練的工人。這就迫切需要新的方法，既能在不影響細(xì)胞治療產(chǎn)品質(zhì)量的前提下更快得出檢測結(jié)果，滿足患者的使用時間要求，又能采用簡單的工作流程，無需額外的準(zhǔn)備工作。
在發(fā)表于《科學(xué)報告》雜志上的一篇題為《機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的紫外吸收光譜法檢測細(xì)胞治療產(chǎn)品中的微生物污染》的論文中，SMART CAMP 的研究人員介紹了他們?nèi)绾谓Y(jié)合紫外吸收光譜法，開發(fā)出一種機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的方法，用于在生產(chǎn)早期對細(xì)胞污染進(jìn)行無標(biāo)記、非侵入性的實時檢測。
這種方法相較于傳統(tǒng)的無菌檢測方法和快速微生物檢測方法具有顯著優(yōu)勢，因為它無需對細(xì)胞進(jìn)行染色以識別標(biāo)記的生物體，避免了細(xì)胞提取的侵入性過程，并且能在半小時內(nèi)得出檢測結(jié)果。它提供了一種直觀、快速的 “是 / 否” 污染評估，通過簡單的工作流程便于實現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)采樣的自動化。此外，所開發(fā)的這種方法不需要專門的設(shè)備，從而降低了成本。
圖2平均吸光光譜
“這種快速、無標(biāo)記的方法被設(shè)計為細(xì)胞治療產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一個初步步驟，作為一種持續(xù)安全檢測的形式，它使用戶能夠盡早檢測到污染，并及時采取糾正措施，包括僅在檢測到可能的污染時才使用快速微生物檢測方法。這種方法節(jié)省了成本，優(yōu)化了資源配置，并最終加快了整個生產(chǎn)進(jìn)程。” SMART CAMP 的高級研究工程師、該論文的第一作者什魯?shù)?潘迪?切爾瓦姆（Shruthi Pandi Chelvam）說道。
“傳統(tǒng)上，細(xì)胞治療產(chǎn)品的生產(chǎn)勞動強度大，且受操作人員差異的影響。通過引入自動化和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，我們希望簡化細(xì)胞治療產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，并降低污染風(fēng)險。具體來說，我們的方法支持在指定的時間間隔自動進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)采樣以檢查污染情況，這減少了諸如樣品提取、測量和分析等手動操作任務(wù)。這使得能夠持續(xù)監(jiān)測細(xì)胞培養(yǎng)情況，并在早期階段檢測到污染。” 麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系的克拉倫斯?J?勒貝爾教授（Clarence J. LeBel）、SMART CAMP 的首席研究員、該論文的通訊作者拉杰夫?拉姆（Rajeev Ram）說道。
展望未來，后續(xù)的研究將集中于擴(kuò)大該方法的應(yīng)用范圍，以涵蓋更廣泛的微生物污染物，特別是那些代表當(dāng)前良好生產(chǎn)規(guī)范環(huán)境以及先前已確定的細(xì)胞治療產(chǎn)品污染物的微生物。此外，除了間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）之外，還可以在更多的細(xì)胞類型上測試該模型的穩(wěn)健性。除了細(xì)胞治療產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域，這種方法還可以應(yīng)用于食品和飲料行業(yè)，作為微生物質(zhì)量控制檢測的一部分，以確保食品產(chǎn)品符合安全標(biāo)準(zhǔn)。
參考資料
[1]Machine learning aided UV absorbance spectroscopy for microbial contamination in cell therapy products
