人工智能在类器官研究中的应用进展与挑战

类器官是一种优异的肿瘤和干细胞研究模型,对其生长或药筛等过程的各种类型数据进行分析,有助于提升对类器官本身以及所代表疾病的了解。但人工观察和筛选类器官以及使用传统统计学方法在处理类器官数据时,存在分析准确度与效率低、难度系数大、人工成本高以及带有一定主观性等问题。而人工智能在很多生物学和医学研究领域已被证明会产生卓越效果。将人工智能引入类器官研究,有助于提升研究的客观性、准确性和速度,从而使类器官能更好地实现疾病建模、药物筛选、个性化医疗等。首先,类器官图像数据的人工智能分析取得了显著进展。结合深度学习的图像分析能够更精准地捕捉类器官的微观结构和变化,提高对类器官形态和生长的自动识别能力,达到较高的准确度,节约研究时间与成本。其次,对于类器官的组学数据,人工智能技术的引入同样取得了重要突破:可提高数据的处理效率以及发现潜在的基因表达模式,为细胞发育和疾病机制的解析提供新的工具。再次,类器官其他类型的数据如电信号和光谱等通过人工智能技术可实现对类器官类型和状态客观的分类,为类器官的全面表征进行了有益的尝试。而在类器官重要应用领域—药物筛选方面,人工智能可为过程监测和结果预测提供强有力的支持。通过高内涵显微镜图像和深度学习模型,研究者们能够实时监测类器官对药物的响应,实现了对药物作用的非侵入性检测,使药物筛选更加精准和高效。然而,尽管人工智能在类器官研究中取得了显著成果,仍然存在一系列挑战。数据获取的难度、样本质量和样本量的不足、模型解释性的问题等制约了其广泛应用。为了克服这些问题,未来的研究需要致力于提高数据的一致性,增强模型解释性,并探索多模态数据融合的方法,以更全面、可靠地应用人工智能于类器官研究中。因此本文认为人工智能技术的引入为类器官研究带来了前所未有的机遇,也取得了明显的研究进展。然而,我们仍然需要跨学科的研究与合作,共同应对挑战,推动人工智能在类器官研究中的更深层次应用。未来,人工智能有望在类器官研究中发挥更大的作用,加速其向临床转化和精准治疗的应用进程。

小亚璃眼蜱人工饲养条件下吸血期组织器官形态变化观察

小亚璃眼蜱Hyalomma anatolicum属于硬蜱科璃眼蜱属,是一种寄生于动物体表的专性吸血寄生虫,其分布范围广、寄生强度大。该蜱种可传播多种人畜共患病原体,对畜牧业造成巨大损失。为研究媒介蜱生物学特性和吸血期蜱类生理学变化,本研究利用实验室F2代小亚璃眼蜱进行人工饲养和组织器官切片染色,观察小亚璃眼蜱吸血期组织器官的形态学特征。结果显示,小亚璃眼蜱在实验条件下,从虫卵孵化为幼虫,再通过吸血成为若虫,进而吸血蜕皮为成蜱,共需要50.0 d。吸血期小亚璃眼蜱雌蜱苏木精伊红染色(HE染色)组织切片显示,随着雌蜱从半饱血至饱血状态,唾液腺细胞逐渐溶解消失,中肠腔内消化产生的血红素转移至中肠基底层和血淋巴中,然而卵巢组织并未出现明显变化。本研究首次观察了吸血期小亚璃眼蜱组织器官的变化,丰富了该蜱的生物学特性和组织学形态资料。

微组织工程技术在人工器官精准化构建中的应用进展

人工器官的精准构建是临床和基础医学亟待解决的难题。利用组织工程技术构建具有功能化的人工器官已成为目前生物医学领域的研究热点。笔者综述了当前热门的微组织工程技术的原理、优势及其在人工器官构建中应用和发展。近年来,微组织工程技术在人工器官构建领域发展迅速,通过该技术开发的人工器官功能化更强、移植成功率高、个体化程度更高。但微组织工程技术所需种子细胞的来源不稳定,且微组织组装成本较高,短期很难真正应用于临床。随着多学科交叉融合的不断深入,未来越来越多的其他学科新技术被引入生物医学领域,微组织的组装可能将不会成为困扰微组织工程技术真正应用临床的难题。

人工智能能耗惊人

In the month of August 2023,more than 180 million users logged on to ChatGPT(Fig.1)[1],the famous artificial intelligence(AI)chatbot[2].Developed by San Francisco,CA,USA-based OpenAI,ChatGPT can write prose in the style of Ernest Hemingway,generate computer code,help jobseekers craft their resumes,furnish reasonably accurate medical diagnoses,and perform a range of other sophisticated tasks[2-5].People who sign up for the free version of ChatGPT-as well as anyone else accessing the many Al-enhanced search engines and programs that are now available-do not have to pay for the assistance.But it is not actually free.

人工智能开启新纪元

2023 will be the inaugural year of a new artificial intelligence(AI) development round. The rapid advancement and proliferation of AI technologies and applications send shock waves worldwide. However, the risks hidden behind AI's immense energy have sparked heated debate and controversy. Powered by AI technologies and applications, the intelligent era seems to have begun.

全球人工智能专家共同探讨挑战、趋势和标准化

With the rapid evolution of artificial intelligence(AI)and the race for governments to regulate it,the need for international consensus has never been greater.International standards can be valuable tools in the responsible deployment of AI,representing the needs and requirements of all stakeholders and providing global best practice.

经腹壁人工网片无张力双侧顶端悬吊盆底重建术的疗效分析

目的观察经腹壁人工网片无张力双侧顶端悬吊盆底重建术的临床疗效。方法选取2021年3月1日至2023年10月31日在河南省人民医院因盆腔脏器脱垂行经腹壁人工网片无张力双侧顶端悬吊盆底重建术的患者作为观察组,共85例,同期行腹腔镜下骶骨固定术后的患者40例作为对照组,并分为保留子宫组、切除子宫组两个亚组。随访至2024年4月30日,分析其手术情况和术后并发症,并采用盆腔器官脱垂定量分期法(POP-Q)、盆底功能障碍性疾病症状问卷及其分量表(PFDI-20)、排尿困扰量表(UDI-6)、结直肠肛门困扰量表(CRADI-8)和盆腔器官脱垂困扰量表(POPDI-6)、盆底疾病生活质量影响问卷短表(PFIQ-7),盆腔器官脱垂/尿失禁性生活问卷(PISQ-12)对患者术前、术后治疗效果和生活质量进行组内及组间比较。结果观察组患者中位随访时间13.13个月,客观治愈率96.47%,再次手术率1.18%,围手术期并发症发生率为6.45%(切除子宫)、4.35%(保留子宫),网片暴露率1.61%(切除子宫)。对照组患者中位随访时间13.76个月,客观治愈率92.5%,再次手术率2.5%,围手术期并发症发生率为14.71%(切除子宫)、33.33%(保留子宫),网片暴露率8.82%(切除子宫)。观察组与对照组相比,客观治愈率、再次手术率无差异,观察组的手术时间短、出血少、术后排气快、住院时间短、围手术期并发症发生率低、网片暴露率低,尤其是保留子宫的患者,优势更明显。观察组和对照组患者组内比较时,术后1年与术前POP-Q的各指示点均明显改善(P<0.05),术后PFDI-20、UDI-6、CRADI-8、POPDI-6、PFIQ-7、PISQ-12量表评分均较术前明显降低,差异有统计学意义(P<0.05),但在进行组间比较时,差异无统计学意义(P>0.05)。结论经腹壁人工网片无张力双侧顶端悬吊盆底重建术是治疗前、中盆腔脱垂的一种有效手术方案,可明显改善患者脱垂症状,提高患者生活质量,与骶骨固定术有相似的临床效果,尤其适用于保留子宫的患者。

基于人工智能技术的危及器官自动勾画在胸部肿瘤中的应用

目的:评估基于人工智能技术的自动勾画软件勾画胸部危及器官轮廓的几何学精度,为临床应用提供依据。方法:选择30例胸部肿瘤患者的CT图像,分别使用基于人工智能技术的自动勾画软件勾画和医师手动勾画胸部危及器官。采用Hausdorff距离、形状相似性指数及Jaccard系数这3个指标评价自动勾画与手动勾画危及器官的几何学一致性。结果:在肺、心脏和脊髓的Hausdorff距离中,最大为右肺的(22.31±4.50)mm,最小为脊髓的(3.17±0.80)mm。危及器官的形状相似性指数值均≥0.91。Jaccard系数中左肺和右肺的均值≥0.95,脊髓的为0.84±0.02,心脏的略低为0.83±0.04。结论:基于人工智能技术的危及器官自动勾画软件对于胸部危及器官勾画能够达到较高的准确性和精度,可以满足临床工作。

血管内皮细胞的移植与人工器官的基因功能性

近年来,随着临床冠脉内溶栓、经皮冠状动脉腔内成形术及冠脉搭桥等治疗方法的广泛应用,内皮细胞的移植已经作为一种治疗心血管疾病的重要方法。研究利用血管内皮细胞移植技术以治疗心血管疾病,将更有利于病后患者新功能康复,对提高患者生活质量有重要意义。人工器官是基于组织工程技术的杂化人工器官,即细胞与生物医学材料相结合,使材料具有了生物活性,大大改善了人工器官材料与人体的生物相容性,使其功能取得了大的飞跃。根据不同需要,使用功能基因修饰细胞,使人工器官带有了基因功能性。全身性动脉粥样硬化和冠状动脉疾病是发达国家发病率、死亡率最高的疾病。改善血管材料的生物相容性和生物功能,是心血管临床医学上迫切需要的。研究发现细胞种植血管材料内表面,特别是内皮干细胞,的确改善了植入材料的功能。对血管内皮细胞的作用及血管内皮细胞的来源,接种模式,接种材料,临床实验,基因修饰等几个方面的研究进展作了综述。

四川西部川西云杉人工林非同化器官营养元素含量与分布

采用分层切割法取样 ,测定川西云杉人工林非同化器官营养元素含量。非同化器官 N、P、K、Ca、Mg含量具有显著差异 ,均呈现干皮 >枝 >根 >干的规律。随枝条年龄的增加 ,枝条中 N、P、K含量随之降低 ,Ca增加 ,Mg变化不明显。随树高度的增加 ,冠层枝、干、树皮 N、K呈增加趋势 ,且均呈显著直线相关 ,Ca显著降低 ,P、Mg变化不明显。随林木根径的增加 ,根系营养元素含量均呈降低的趋势。32年生川西云杉个体生物量和营养元素积累量分别为 31 .1 61 kg和 2 68.693g,其中根、干、皮、枝和叶生物量分别占总生物量的1 4.82 %、42 .2 3%、9.98%、1 9.69%和 1 3.2 0 % ,营养元素积累量分别占总量的 8.33%、1 6.93%、1 9.2 8%、2 6.2 6%和 2 9.2 0 % ;N、P、K、Ca、Mg积累量分别占总积累量的 34.71 %、8.75 %、2 5 .79%、2 7.2 6%和3.49%。

高寒区施肥和混播对燕麦人工草地植物器官碳氮储量分配的影响

为了解青藏高原高寒地区燕麦品种、施肥和箭筈豌豆混播比例对燕麦人工草地植物各器官生物C、N储量分配的影响,采用4个燕麦品种、4个施肥水平(B1:不施任何肥料,CK 0;B2:尿素75 kg·hm^-2 +磷酸二铵150 kg·hm^-2 ,IM;B3:有机肥1 500 kg·hm^-2 ,OM;B4:尿素37.5 kg·hm^-2 +磷酸二铵75 kg·hm^-2 +有机肥750 kg·hm^-2 ,IM+OM)和4个箭筈豌豆混播水平(C1:0 kg·hm^-2;C2:45 kg·hm^-2;C3:60 kg·hm^-2;C4:75 kg·hm^-2 )的三因素四水平正交试验设计[L 16 (4 5 )],研究施肥和混播对不同品种燕麦乳熟期器官C、N储量的影响,C、N储量分配模式和地上、地下器官C、N储量相关关系。结果表明,品种、施肥和混播均对燕麦草地各器官和组分生物C、N储量分配具有显著影响。品种主要影响箭筈豌豆茎、根生物C储量分配,混播主要影响燕麦茎、叶、穗、根和箭筈豌豆叶生物C储量分配;品种主要影响燕麦茎、叶、穗、根生物N储量分配,而混播主要影响箭筈豌豆茎、叶、根生物N储量分配。燕麦人工草地建植时,燕麦各器官C、N储量分配在选用青燕1号、施尿素37.5 kg·hm^-2 +磷酸二铵75 kg·hm^-2 +有机肥750 kg·hm^-2 ,单播燕麦时,其燕麦茎、叶、穗和根生物C、N储量分配最高,其C储量分配分别达40.21%、15.48%、 23.02%和9.89%,,N储量分配分别达20.70%、20.79%、32.09%和5.19%;箭筈豌豆各器官C、N储量分配在选用青海444、不施肥情况下混播箭筈豌豆75 kg·hm^-2 时,箭筈豌豆茎、叶和根生物C、N储量分配最高,其C储量分配分别达11.27%、13.57%和2.27%,N储量分配分别达13.03%、32.18%和0.95%。燕麦人工草地总生物C、N储量分配分别为茎(44.39%)>叶(23.99%)>穗(20.38%)>根( 11.24%)和叶(42.14)>茎(26.77%)>穗(25.96%)>根(5.13%)。燕麦和箭筈豌豆混播栽培草地中,燕麦茎和穗,箭筈豌豆叶是主要的C、N储藏器官。

3D生物打印技术在人工器官中的应用

3D生物打印技术是一种能够在数字三维模型驱动下,按照增材制造原理定位装配生物材料及细胞单元,制造医疗器械、工程化组织、人工器官等制品。它的出现,有可能解决移植器官来源紧缺的问题,从而延续患者的生命,提高其生活质量。本文主要简述3D生物打印技术在人工骨与软骨、人工血管、人工肝脏制造中的应用及其局限性和挑战。

聚酯纺织品在人工器官配件中的应用

介绍了PET在人造器官配件中的应用,详细介绍了医用聚酯纺织品采用的织造方法及其特点,对人工器官配件用聚酯纺织品的发展方向和策略进行了展望.

小型人工肝支持系统在伴发肝衰竭的多器官功能衰竭患者中的临床应用

目的观察小型人工肝支持系统在伴发肝衰竭的多器官功能衰竭患者中的临床疗效,探讨其在基层医院的实用性。方法对11例(治疗组)多器官功能衰竭患者,在综合治疗基础上联用小型人工肝支持系统,采用血液灌流与血液透析、血浆置换、血液滤过等血液净化方式相结合的方法治疗共15例次,观察各项临床指标,尤其肝功能指标的变化。结果治疗组所有患者消化道症状减轻,精神好转,神志改善,丙氨酸氨基转移酶、胆碱酯酶、胆红素和凝血酶原活动度等指标有较明显改善,疗效明显好于对照组。结论小型人工肝支持系统治疗伴发肝衰竭的多器官功能衰竭,疗效可靠,适合于基层医院开展。

肾脏组织工程研究:生物人工肾小管对多器官功能障碍猪白细胞介素10水平及生存时间的影响

目的:观察用猪细胞株(LLC-PK1)构建的生物人工肾小管装置(renaltubuleassistdevice,RAD)对多器官功能障碍综合征(multipleorgandys-functionsyndrome,MODS)猪细胞因子白细胞介素10(IL-10)及预后的影响。方法:健康杂交家猪16只,用盲肠结扎和穿孔加双侧输尿管结扎术制作重症感染性MODS并ARF模型,并随机分为3组:RAD治疗组(n=5):将RAD与血滤器连接,对MODS猪模型行连续性静脉-静脉血液滤过(continuousvenovenoushemofiltration,CVVH)治疗;假RAD治疗组(n=5):将RAD换为无细胞的假RAD,余与RAD治疗组相同;对照组(n=6)。观察生命指标、肝肾功能、血气分析、IL-10和生存时间等。结果:①低血压明显改善:RAD治疗组治疗24h时平均动脉压显著高于同时间点的假RAD治疗组、对照组犤(92.75±2.22),(63.50±11.82),(53.50±2.52)mmHg(1mmHg=0.133kPa),F=33.08,P<0.01犦;透析4～20hRAD治疗组动物精神状态明显好转,假RAD治疗组、对照组无显著变化(P>0.05)。②RAD治疗组、假RAD治疗组两组间血丙氨酸转氨酶、肌酐值比较无显著差异。③细胞因子:RAD治疗组IL-10的峰值明显高于假RAD治疗组、对照组犤(241.40±86.64),(106.30±9.69),(102.59±10.21)ng/L,F=9.75,P<0.05犦。④生存时间:RAD组的平均生存时间为(110.25±18.69)h。

人工肝支持系统成功抢救妊娠急性脂肪肝合并多器官衰竭患者1例报道

目的分析妊娠急性脂肪肝患者的病例特点、抢救措施及预后，提高对此病的认识及早期诊治水平。方法回顾性分析1例妊娠急性脂肪肝合并多器官衰竭患者病情演变以及抢救治疗情况，并结合相关文献分析讨论。结果患者以妊娠晚期出现重度黄疸伴消化道症状起病，常规保肝、退黄等治疗未能逆转病情，并迅速出现肺、肝、肾等多器官衰竭以及DIC等严重并发症，经积极终止妊娠、辅助呼吸及人工肝支持系统等综合抢救最终病情缓解，并经肝组织病理检查明确诊断。结论妊娠急性脂肪肝病情凶险，极易并发多器官衰竭，早期诊断，多学科、全方位综合救治是提高本病成功抢救的关键。

生物人工肾小管对多脏器障碍/多器官衰竭猪IL-10和生存时间影响的研究

从2002年6月～2003年1月,我们采用猪近曲小管上皮细胞株(LLC-PK1)自行构建的生物人工肾小管装置(RAD)[1],对急性肾衰竭(ARF)合并多脏器障碍/多器官衰竭(MODS/MOF)猪进行治疗,观察对抗炎细胞因子IL-10和生存时间的影响,获得满意的结果.

雏鸡人工感染马立克氏病毒后免疫器官组织的免疫学变化

对１日龄雏鸡感染ｖＭＤＶ后的免疫学变化进行研究。其中枢免疫器官（法氏囊、胸腺）、外周免疫器官（脾脏）及消化道、呼吸道相关局部免疫组织（盲肠扁桃体、肺支气管粘膜下淋巴组织、哈德尔腺）中的ＴＡＮＡＲ＋细胞、ＴＡＣＰ＋细胞、浆细胞及淋巴细胞数量均明显少于未感染对照鸡。

中空纤维在人工器官上的应用

中空纤维是医用高分子材料制成的一种膜管状细纤维 ,纤维内外可通过膜进行物质交换 ,可模拟微血管的某种功能 ,配合各种生物学和医学技术 ,具有广阔的应用前景。近年来中空纤维以其优越的性能以及仿生学特点 ,广泛应用于医疗卫生领域 ,尤其是由中空纤维制成的人工器官发展迅速。本文主要介绍中空纤维在人工肾、人工肝、人工肺。