来源：齐鲁晚报

3月25日上午,人类细胞谱系大科学研究设施(以下简称细胞谱系设施)正式在广州国际生物岛启动建设。细胞谱系设施由中国科学院广州生物医药与健康研究院(以下简称广州健康院)牵头建设,是国家“十四五”重大科技基础设施、广州“2+2+n”科技创新平台体系中的国家大科学设施之一,打造研究人类发育、疾病、衰老的“国之重器”。

打造数字细胞AI大模型

推动生命数字化研究

据介绍,人类细胞谱系大科学研究设施是国家“十四五”重大科技基础设施,位于广州国际生物岛,规划建设周期4.5年,总建筑面积超5万平方米,将绘制人体中全生命周期的细胞时空演化图谱,打造数字细胞AI大模型,构建“数字生理人”,创新生物医疗检测新范式,开辟生物医药研发新赛道,在试剂、仪器、软件和数据等方面产出一批创新性科技成果和产品。

建成后,这一装置有望将人体每一个细胞的全生命周期动态演化过程进行数字化刻画,探索生命奥秘,打造研究人类发育、疾病、衰老的“国之重器”。

细胞是生命的基本单元,人体由约40万亿细胞组成,这些细胞从一个受精卵开始,历经增殖、分化直至衰老的全生命周期动态演化过程,就是“细胞谱系”。解析细胞谱系被誉为揭示生命发育与演变奥秘、操纵生命活动的“钥匙”,也是细胞命运转变的高精度“导航图”。

古有扁鹊通过望闻问切诊断人体疾病,今有细胞谱系设施通过解码细胞谱系预测疾病和筛药验药。该设施将以样品保活存储、空间多组学、先进成像等创新技术和装置研发为核心,集成人工智能等前沿技术,创建出涵盖发育、疾病、衰老三大维度的数字化细胞谱系。

“这就像为生命编写一部详尽的‘细胞家谱’,让科学家乃至公众能够清晰追踪每个细胞的‘前世今生’。”广州健康院副院长(主持工作)、细胞谱系设施总指挥孙飞研究员表示。

构建“数字生理人”大模型

助力精准诊断与治疗

随着ChatGPT和DeepSeek为代表的AI大模型技术突破,生物医学进入数字化时代是必然趋势。

当前全球创新药研发平均耗时10年、耗资26亿美元,但临床成功率不足10%,其根本原因之一在于药物研发过程是在动物模型中进行的,不能模拟人类生命系统反应。细胞谱系设施将构建高精度单细胞级别的“数字生理人”大模型,通过回溯、模拟、预测疾病细胞谱系演化,不仅可以精准定位病变驱动关键靶点,还可以在数字人体测毒试药,有望突破药物研发的“死亡之谷”。

“未来,细胞谱系设施有望可以用患者细胞信息打造一个‘数字患者’,预演不同治疗手段在数字患者体内治疗效果,实现治疗手段的‘量体裁衣’。”广州健康院研究员、细胞谱系设施副总指挥兼总工艺师陈捷凯表示,设施将强化AI与数据资源整合,打造创新模型,并与龙头企业开展深度合作,加速科研成果向临床应用转化。回望近代科学研究进程,科研范式经历了实验科学、理论科学、计算科学的迭代递进,而随着科研数据的爆炸式增长以及大数据、人工智能的飞速发展,被称为“大数据科学”的新范式正在兴起。

细胞谱系设施将建设绘制细胞谱系的自动化工程产线,包含样本预处理、样品存储、多尺度成像分析、多组学分析、数据处理和验证等工艺流程,标准化采集影像组、空间组、转录组、表观组、蛋白组、代谢组、超微结构组等多种模态数据,建成数字孪生索引的细胞谱系资源库。

细胞谱系设施将建成

世界级细胞科学中心

细胞谱系设施已纳入粤港澳大湾区综合性科学中心建设体系,未来将植根广州国际生物岛,赋能大湾区,链动全世界。

随着细胞谱系设施的建设和使用,将吸引全球顶尖科研人才和团队汇聚广州,开展科学研究与学术交流,共同推动人类细胞谱系研究领域发展,将细胞谱系设施打造为世界级细胞科学中心。设施建成后将全方位支撑生命健康领域理论创新和产业发展,服务研究机构、高校、药企和医院,为新型颠覆性医疗技术的诞生奠定基础。

据介绍,细胞谱系设施项目的科学目标:绘制人类生命过程中的细胞动态演变谱系,建立时空谱系信息与谱系样品资源对应的数字孪生体系,高质量保活保藏采集时空谱系信息的谱系样品资源,根据标准化数据形成呈现连续生命过程的细胞谱系数字孪生体系,解析人类呼吸系统、循环系统和免疫系统发育谱系,以及三种以上呼吸系统代表性疾病谱系,发现发育关键机制和疾病机理,形成设施引领的发育谱系、疾病谱系研究范式。

细胞谱系设施项目工程目标:通过系统性构建样品预处理、样品保活存储、多组学分析与鉴定、数据呈现和谱系验证的全流程自动化,形成标准化、高通量、高质量的细胞多组学研究平台,建成国内首个数字孪生索引的人类细胞谱系资源库。

细胞谱系设施项目建设内容:包括组织样本处理与存储分总体、谱系信息分析与鉴定分总体、细胞谱系呈现与验证分总体、线程集合控制系统以及土建公用配套设施。