KI-Modell „Guiyuan“ ermöglicht präzise Steuerung von Stammzellen

Die Westlake University in China hat gemeinsam mit der Alibaba Damo Academy ein KI-Modell namens „Guiyuan“ vorgestellt. Dieses Modell dient der Vorhersage des Zellschicksals und der Unterstützung bei der Umprogrammierung von Stammzellen. Es soll eine langjährige Herausforderung bei der Steuerung komplexer Zellfunktionen lösen, die bisher stark auf zeitaufwendige Experimente und Erfahrungswissen angewiesen war.

Das „Guiyuan“-Modell nutzt eine „duale kodierungsstrategische“ Methode, um eine riesige Menge potenzieller Kombinationen – fast 4 Millionen – zu analysieren, die die Zellentwicklung beeinflussen. Dazu gehören niedermolekulare Medikamente und proteinbasierte Wachstumsfaktoren. Die KI zielt darauf ab, vorherzusagen, welche Kombinationen zu den gewünschten Zellentwicklungsspezifikationen führen, wodurch ein Prozess, der Jahre oder Jahrzehnte dauern könnte, potenziell erheblich verkürzt wird.

Traditionell war die Umprogrammierung von Stammzellen, wie die Umwandlung von Hautzellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), stark von individueller Erfahrung und wiederholten Versuch-und-Irrtum-Methoden abhängig. Das „Guiyuan“-Modell liefert Forschern Empfehlungen für die effektivsten Kombinationen und hilft, die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen zu erklären, was den Prozess vorhersagbarer und effizienter macht.

Das Forschungsteam nutzte das Modell erfolgreich zur Erzeugung hochwertiger, epiblast-ähnlicher Stammzellen, die frühen embryonalen Zellen ähneln. Diese Zellen sind entscheidend für das Verständnis der Embryonalentwicklung und könnten Anwendungen in Bereichen wie der Zelltherapie und der Gewebezüchtung finden. Das Modell wird auch für andere Aufgaben eingesetzt, wie die Herstellung von Vorläuferzellen für dopaminerge Neuronen zur Behandlung der Parkinson-Krankheit.