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興大跨國團隊開發機器智慧學習細胞晶片整合平台 登國際期刊

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運用人工智慧,快速評估周邊神經系統的修復活性!國科會台美奈米材料國合計畫主持人中興大學教授賴秉杉、共同主持人逢甲大學副教授李亦宸、清大醫環系副教授李亦淇,與美方主持人-馬里蘭大學教授陳柏彥的跨國合作團隊,共同開發一種機器智慧學習細胞晶片整合平台,堪稱創舉。

上述平台可快速評估及預測生醫材料介面、電刺激效應等參數,對周邊神經系統中許旺細胞活性的影響,成果發表於今年9月《美國化學學會應用材料與界面》。

全世界每年都有數千起周邊神經系統損傷案例,這些損傷大多來自於創傷事件或疾病。受傷的神經元通常需要軸突延伸,才能達到適當的神經支配目標並恢復功能。

賴秉杉指出,周邊神經系統的嚴重損傷,需要許旺細胞,來幫助神經元再生。目前低頻電刺激可以有效誘導神經元和周圍神經細胞(包括許旺細胞)的共同生長,但結合具有電刺激能力的生物介面和許旺細胞活性之間的相關性,很複雜且難以預測,目前多數是以試錯(Trail and Error)的方式來調整各項參數,這樣的方式往往會需要大量的人力與時間。

受到此問題的啟發,賴秉杉與李亦宸教授團隊開發出具有不同導電能力水凝膠陣列,做為傳導生物界面,來培養許旺細胞,並引入不同的電壓和頻率,做為電刺激的條件。

根據特定的製造參數和刺激,評估細胞活性後,並將其結果輸入人工神經網路模型,以訓練模型,再透過利用模型的預測能力,可根據給定的一組生物界面/電刺激參數,準確預測許旺細胞的活性。

陳柏彥表示,上述平台結合導電生物界面製造、機器學習演算法和數據分析的方式,提供了一個多維度的非常規平台,來建立細胞層面的臨床前預測模型。此項研究未來有望用於在快速最佳化周邊神經細胞層面的各項指標,減少生醫材料、藥物等開發過程中試錯的過程,進一步未來也有望減少臨床前動物實驗次數的使用,達到動物3R(替代Replacement、減少Reduction、精緻化Refinement)的福址。

機器智慧學習細胞晶片整合平台,為周邊神經系統研究,建立大數據演算模型,有效縮短實驗時程,並降低動物實驗次數,透過台美團隊學術合作發揮ESG精神,共同為動物福祉、人類健康、大學社會責任的永續而盡心力。

賴秉杉教授的跨國團隊,是國內專精於結合生醫材料、微流體、藥物在神經組織工程應用的團隊,成員除中興化學系碩士鍾載淳、還包括清大醫環系副教授李亦淇、逢甲化工系副教授李亦宸、碩士生許雅欣、余錦秀等人。

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