生物芯片创新结合人工智能和纳米粒子打印进行癌细胞分析

加州大学欧文分校的电气工程师、计算机科学家和生物医学工程师创建了一个新的芯片实验室，可以帮助研究肿瘤异质性以降低对癌症治疗的抵抗力。

在今天发表在Advanced Biosystems 上的一篇论文中，研究人员描述了他们如何将人工智能、微流体和纳米粒子喷墨打印结合到一个设备中，该设备能够在单细胞水平上检查和区分癌症和健康组织。

“癌细胞和肿瘤的异质性会导致不同患者的治疗耐药性增加和结果不一致，”主要作者、UCI 前生物医学工程研究生 Kushal Joshi 说。该团队的新型生物芯片通过对样本中的各种癌细胞进行精确表征来解决这个问题。

“单细胞分析对于识别和分类癌症类型以及研究细胞异质性至关重要。为了设计更好的癌症治疗药物，有必要了解肿瘤的发生、进展和转移，”共同作者、UCI 电子学助理教授 Rahim Esfandyarpour 说。工程和计算机科学以及生物医学工程。“传统上用于研究癌症的大多数技术和技术都复杂、笨重、昂贵，并且需要训练有素的操作员和很长的准备时间。”

他说，他的团队通过将机器学习技术与可访问的喷墨打印和微流体技术相结合来开发低成本、小型化的生物芯片，这些芯片易于原型制作并能够对各种细胞类型进行分类，从而克服了这些挑战。

在该装置中，样品通过带有精心放置的电极的微流体通道，在一次通过中监测患病细胞与健康细胞的电特性差异。UCI 研究人员的创新是设计出一种使用喷墨打印机在大约 20 分钟内对生物芯片的关键部分进行原型制作的方法，从而可以在不同的环境中轻松制造。所涉及的大多数材料都是可重复使用的，或者如果是一次性的，则价格低廉。

本发明的另一方面是结合机器学习来管理微型系统产生的大量数据。AI 的这一分支可加速大型数据集的处理和分析、查找模式和关联、预测精确结果并帮助快速有效地做出决策。

Esfandyarpour 说，通过在生物芯片的工作流程中加入机器学习，该团队提高了分析的准确性并减少了对熟练分析师的依赖，这也可以使该技术对发展家的医疗专业人员具有吸引力。

“世界卫生组织表示，近 60% 的乳腺癌死亡是由于资源匮乏的国家缺乏早期检测计划，”他说。“我们的工作在单细胞研究、肿瘤异质性研究以及床旁癌症诊断中具有潜在的应用，尤其是在成本、基础设施受限和医疗技术获取有限的发展家尤为重要。 ”

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