研究人員基于NVIDIA GPU創(chuàng)建了可預(yù)測(cè)的3D細(xì)胞模型

艾倫細(xì)胞科學(xué)研究所（Allen Institute for Cell Science）由微軟聯(lián)合創(chuàng)始人Paul Allen在西雅圖成立，其研究人員創(chuàng)建了第一個(gè)針對(duì)人類活細(xì)胞的可預(yù)測(cè)3D模型。借助此模型，科學(xué)家可以在計(jì)算機(jī)屏幕上以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)、甚至控制細(xì)胞行為。

“這是迄今為止科學(xué)界中最令我驚嘆的事情，”艾倫細(xì)胞科學(xué)研究所常務(wù)董事Rick Horwitz說(shuō)道?！艾F(xiàn)在，我們可以三維形式在影片中動(dòng)態(tài)觀察細(xì)胞的內(nèi)部工作原理?！?/p>

為創(chuàng)建此模型，研究人員使用了NVIDIA GPU、NVIDIA DGX StationAI超級(jí)計(jì)算機(jī)和cuDNN加速PyTorch深度學(xué)習(xí)框架，使用識(shí)別原子核等細(xì)胞結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)標(biāo)簽來(lái)研究圖像。

點(diǎn)擊以下視頻了解此3D模型及研究人員的講解。

超越緩慢且昂貴的傳統(tǒng)工具

目前，科學(xué)家已經(jīng)使用熒光顯微鏡（使用熒光研究物體的顯微鏡）觀察了細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程成本高昂、緩慢且具有破壞性。顯微鏡的成本可達(dá)數(shù)萬(wàn)美元，所有蛋白質(zhì)都需要特別的標(biāo)注，并且熒光會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)的DNA。

在新的模型中，研究人員使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建3D透射光和熒光細(xì)胞圖像在大的細(xì)胞結(jié)構(gòu)方面的關(guān)系。這將教會(huì)模型使用不同蛋白質(zhì)和細(xì)胞器（細(xì)胞體中的微器官）的“自助”樣本構(gòu)建自己的3D結(jié)構(gòu)。

“這是觀察人類活細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的全新方法，”Rick Horwitz表示。“就像第一次看到整個(gè)細(xì)胞一樣。在未來(lái)，這將影響藥物發(fā)現(xiàn)、疾病研究以及我們進(jìn)行人體細(xì)胞基礎(chǔ)研究的方式?！?/p>

艾倫集成細(xì)胞模型甚至可以預(yù)測(cè)有絲分裂（或細(xì)胞分裂）事件的動(dòng)態(tài)。例如核膜和細(xì)胞膜重組。在此之前，我們幾乎不可能預(yù)測(cè)此類圖像，尤其是3D圖像。

利用諸如此類的功能，對(duì)于癌癥研究、制藥以及生物技術(shù)等領(lǐng)域，該模型將有可能徹底改變未來(lái)的細(xì)胞研究。