生醫數據分析人才培育計畫–利用系統生物學運用人工智慧(AI)比較動態培養與動物實驗結果分析

當前細胞研究大多還是承襲二維靜態培養(1885~ )，這種平面培養與體內”動態+立體”環境差別很大，導致細胞形態、分化、細胞與細胞間的相互作用與體內有明顯差異，而為了進一步佐證，3D培養技術已在學術研究中被應用，但當期3D培養也有一些問題尚待解決，包括當前多數三維支架還不能類比體內的生物機械動態特性。而動物實驗往往因個體差異、冗長時間、龐大經費、培養環境與真實人體面臨的外在環境不同而導致結果有所差異，而實驗動物生命的犧牲，也讓科學沉重萬分。細胞在體內時時刻刻都參與其生理脈動而非二維靜止不動，人體的微環境中，細胞面臨的不只是生物化學變化的衝擊，還有許多物理因素如細胞生物力學參與其中，包括:拉伸、擠壓、剪力、基質的軟硬；機械物理作用無時無刻在微觀層面影響著人體，每一顆細胞都有機械力的感受器、接受器，特定蛋白質組成的細胞骨架，做為鷹架、大小支柱和連桿，進而影響細胞的訊息傳遞、存活、生長、分化以及死亡等功能。動態培養技術對教育與申請計畫優勢-(I)增加教學創新:不同以往的動態培養，讓學生擁有更創新思維。(II)增加獲得補助機會: 因為跨領域創新與他人不同增加研究獨特性。(III)吸引更多國際生:追求科學不忘創新教育及尊重生命，獨特的技術吸引更多人參與，為激盪更多替代動物實驗新方法努力。動態培養技術對研究優勢-(I)近期研究獲得證實，改用物理性機械力誘導動態拉伸培養心肌細胞只需6小時即可創造出與Isoproterenol 化學誘導動物實驗4周，及用靜態培養心肌細胞以TGFβ-1化學誘導5天得到的心肌纖維化實驗結果類似，故可快速建立疾病纖維化模式與其對應的藥篩機制。(II)可作為幹細胞的分化馴。(II)可作為幹細胞的分化馴養平台，為植入個體前讓幹細胞先行馴養適應身體張力，為再生醫學功效與組織工程存活率提升做努力。(III)可作為生醫材料與細胞間生物機械動態特性研究。(IV)可靈活整合更多人因科技的思維來找出更多精緻化動物實驗的方法，讓研究者在動物實驗前收集更周全的數據，除能具體節省後續動物實驗經費外並實際參與為精緻化動物實驗做努力。