研究背景

近年来，生物 3D 打印、类器官、器官芯片等技术快速发展，用于模拟人体器官功能；例如体外肝功能重现被认为是未来药物研发的关键工具以及肝器官移植重要来源。但是 2D/3D 培养方法、肝细胞与其他细胞混合模式以及肝微流控器官芯片等各研究间的肝功能存在一定差异性，缺乏标准化和可比较的评估与预测方法，难以用于人工肝脏制造工艺的快速整合迭代。

研究内容

近日，中国科学院动物研究所/北京干细胞与再生医学研究院顾奇研究员、李鑫研究员和中科院网络中心大数据知识工程研发团队杜一研究员带领研究团队采用 XGBoost 回归算法模型结合近十年的体外人工肝模型实验数据，提出了一个针对器官制造全流程（前期预设计、中期优化、后期功能评估）的模型框架，对生物人工肝功能的量化评估提供了新思路。

该工作提取了近十年体外人工肝模型实验数据，比较了多个机器学习回归预测模型，剖析了基于 2D、3D 自组装（无材料）、3D 支架（含材料）及芯片四种类型的人工肝脏功能，确定了各制造参数的重要程度，用于设计制造参数优化（Pre-design）；揭示了制造参数对培养周期内人工肝白蛋白和尿素分泌能力的影响（Present）。此外，该研究还预测了体外人工肝脏系统的功能维持能力
（Predict）。虽然符合筛选标准的数据有限，但该模型仍能较好地拟合现有实验结果，为评估人工肝脏功能提供了参考，也为其他类型器官的体外制造手段评估提供了借鉴。

该成果以“Bioartificial organ function evaluation based on
machine learning: 3P-mode framework and validation”(《人工器官功能评估：3P 模式框架与验证》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 Lab on a chip 上，并入选为被选为当期内封面文章。

论文信息

• Bioartificial organ function evaluation based on machine learning: 3P-mode framework and validation

  Jingmin An, Shuyu Zhang, Juan Wu, Haolin Chen, Guoshi Xu, Yifan Hou, Ruoyu Liu,  Na Li, Wenjuan Cui, Xin Li,* Yi Du* and Qi Gu *（顾奇，中国科学院动物研究所）

  Lab Chip, 2024, 24,1586-1601
  https://doi.org/10.1039/D3LC01020A

通讯作者简介

顾奇 博士
中国科学院动物研究所

顾奇，博士生导师，中国科学院动物研究所研究员，北京干细胞与再生医学研究院双聘研究员。致力于干细胞特异材料及打印平台开发；结合多技术体系再造复杂组织器官功能系统。主持多项科研项目，包括中科院 A 类先导“器官重建与制造”中生物墨水和打印装置方向负责人，科技部战略性国际科技创新合作重点专项负责人，中科院院装备项目负责人等。获得中国科学院百人计划、国家自然科学基金委优秀青年基金资助。研究成果发表于国际期刊 Adv. Mater., Adv. Sci., Adv. Funct. Mater., Angew. Chem. Int. Ed. 等 30 余篇。担任 Biofabrication、Bioactive Materials 等杂志编辑/青年编委，以及生物材料学会先进制造专业委员会等学会委员。

相关期刊

Devices and applications at the micro- and nanoscale

rsc.li/loc

Lab Chip

2-年影响因子*6.1分5-年影响因子*6.9分最高 JCR 分区*Q1 仪器仪表CiteScore 分†11.3分中位一审周期‡39 天

Lab on a Chip 报道微米和纳米尺度上的微型化研究，力求发表在物理技术（微米或纳米级的制造、流控、系统集成、分析分离技术等）和应用潜力方面都具有高影响力的原创性工作。该刊最为看重的是论文的创新性，所发表的论文通常要在以下两个方面都有所创新：(i) 微型化器件的物理、工程和材料；(ii) 在生物学、化学、环境科学、食品科学、医学、能源等领域中的应用。

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  🇺🇸 佐治亚理工学院

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  🇯🇵 北海道大学

• Hongkai Wu (吴洪开)
  🇨🇳🇭🇰 香港科技大学

* 2022 Journal Citation Reports (Clarivate, 2023)
† CiteScore 2022 by Elsevier
‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件



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