细胞模型构建方法、计算机设备及存储介质技术

本申请涉及一种细胞模型构建方法、计算机设备及存储介质，所述方法包括：获取细胞不同时间节点的生长曲线和形态特征数据，并根据细胞形态特征数据确定细胞分化程度；根据细胞不同时间节点的生长曲线、形态特征数据以及细胞分化程度与收集的细胞物理和生化特征数据构建细胞培养特征参数数据库；利用三维建模技术构建包括培养容器、培养基质、培养条件参数的虚拟培养环境，并基于所述细胞培养特征参数数据库，生成虚拟靶细胞并添加至虚拟培养环境中，以利用渲染引擎生成逐帧的细胞信息和培养环境信息，并根据逐帧的细胞信息和培养环境信息构建仿真细胞培养系统下的细胞模型，能够快速有效、并且可重复地获得细胞培养过程中的细胞特征参数。胞特征参数。胞特征参数。

【技术实现步骤摘要】
细胞模型构建方法、计算机设备及存储介质
[0001]本申请是申请日为2021年12月9日，申请号为202111501192.0，专利技术创造名称为细胞共培养模型及细胞模型构建方法、计算机设备及存储介质的申请的分案申请。


[0002]本申请涉及深度学习
，尤其涉及一种细胞模型构建方法、计算机设备及存储介质。

技术介绍

[0003]临床生物实验中的细胞共培养一直是个难题，存在着很多局限性。以间充质干细胞与其他细胞进行共培养为例，间充质干细胞是一种多能干细胞，它具有干细胞的所有共性，即自我更新和多向分化能力。在临床应用也最多，来源最多的为骨髓间充质干细胞BMSC，既往也被称为骨髓基质成纤维细胞，是一类起源于中胚层的成体干细胞，具有自我更新及多向分化潜能，可分化为多种间质组织，如骨骼、软骨、脂肪、骨髓造血组织等。间充质干细胞临床应用于解决多种血液系统疾病，心血管疾病，肝硬化，神经系统疾病，膝关节半月板部分切除损伤修复，自身免疫性疾病等方面取得了重大突破，在神经系统修复方面具有长远的发展前景。
[0004]由于间充质干细胞在体内发挥作用的具体机制尚未完全清楚，近年来多项研究发现间充质干细胞与其它细胞共培养存在多种机制效应。现有技术中，已发现间充质干细胞与自然杀伤细胞共培养能够增强七对树突状细胞的杀伤活性，还发现了间充质干细胞与中性粒细胞共培养能够延长中性粒细胞寿命并维持其生物学活性等等。现有研究往往着重强调间充质干细胞对目标细胞的共培养效应，但对于间充质干细胞共培养特征参数的了解较少，并且在间充质干细胞与目标细胞共培养过程中，难以控制共培养条件参数，同时共培养结束后不同细胞的快速分离和后续分析方法也是亟待解决的问题。
[0005]现有的多细胞共培养方法主要包括直接接触共培养和间接接触共培养两种方式。直接接触共培养，是把两种或两种以上细胞放在同一培养体系中，使之直接接触，此方法适用于体内邻近的组织细胞。由于这些细胞在体内可通过通讯连接、封闭连接和锚定连接等方式传递所产生的细胞因子，因而通过直接接触式培养可保留这些连接信息，使培养的细胞更接近体内自然状态。但其缺点是，共培养结束后，两种细胞很难分离，只能通过将其中一种细胞进行荧光标记后通过流式分选分离，或者将其中一种细胞进行免疫磁珠标记后通过磁场分离获得，这种分离方法非常繁琐而且价格昂贵。与此同时，难以用一般方法将两种形态相同的细胞进行区分，不利用后续的实验研究。而间接接触共培养，是将两种细胞分别培养，通过培养基分别进行接触，两种细胞不直接接触，而细胞因子可以交流。其优点是突出条件细胞对目的细胞的作用，较容易实现两种细胞的分离，然而这种方法严格上并非同时进行培养，并且一般只能进行两种细胞的共培养，而无法进行更多种细胞共培养，由于两种细胞间没有发生接触，并未显示出基质细胞对实质细胞具有显著的支持功能。
[0006]目前，已有多种多细胞共培养模型被提出，现有技术中已提出一种包括若干个相
互连接的培养孔、活塞、聚碳酸酯隔膜的六孔细胞共培养培养板，包括若干个相互连接的培养孔，相邻的培养孔之间设有通孔，通孔可由活塞密封，活塞上设有手柄方便装卸，使用时根据实验需求，可卸下1个或多个活塞，使培养孔之间互通，达到培养液互通，缺点是一次性的，混合之后细胞统一无法分离。
[0007]快速有效地细胞行为观察也是共培养过程中的一种亟待解决的技术问题。目前，对细胞进行长时间连续观察的方法主要包括显微镜目视检查，其缺陷是时间长，只能观察特定时间点的状态；通过代谢产物间接观察，用一种特定化学物质MTT加入细胞中，通过检测MTT间接获取细胞状态，缺点是会干扰细胞的正常生长，另外对扩增过程实时检测不敏感；以及利用实时传感器观察，包括电阻传感器和热传感器，缺点是可能会损伤细胞，同时误差较大，容易受到细胞电化学过程的影响。但是，细胞的状态观察往往是一过性的，实验过程中往往会错过最佳观察时间。
[0008]另外，实际多细胞培养过程中需要通过移动培养皿的方式来观察或获取培养皿中细胞的生长状态和形态规律，然而，频繁地改变培养皿的状态将可能影响培养皿内细胞的存活和发育。此外，目前，区分不同细胞的主要方式是使用形态学方法检测，或者用双标免疫组化技术或原位杂交技术，或用不同的荧光标记，上述方法均涉及对细胞的直接操作，都可能会影响细胞的自然生长，不利于观察细胞实际生长规律。
[0009]现有技术对于细胞培养过程中的快速观察已经有不少的研究，但仍然无法系统全面的提供细胞共培养过程中不同细胞的实时特征参数，也无法实现细胞共培养生长状态的预测和评估。
[0010]近年来，随着虚拟现实、生物医学、高性能计算以及人工智能等技术的快速发展，如何利用信息技术赋能人体生命功能与疾病治疗，实现更加深入的定性定量的研究与预测，已经成为21世纪的一项重大科学技术问题。人体虚拟孪生旨在构建具有逼真几何形态和行为，并且能够支持医学和健康应用的活体人体数字模型，并以此作为人工智能、虚拟现实、大数据、5G网络、生物医学、现在诊疗技术高度交叉融合汇聚平台，为医疗诊断及研究提供重要的信息支撑手段。对人体虚拟孪生而言，人体各种尺度单元的生理生化模型构建是核心，其中就包括人体微观尺度下的行为建模描述。

技术实现思路

[0011]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种细胞模型构建方法、计算机设备及存储介质。
[0012]第一方面，本申请提供了一种细胞共培养模型构建方法，包括以下步骤：
[0013]实时采集预设细胞接种密度和细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像，提取细胞图像中每个细胞不同时间节点下的细胞特征参数，并对细胞图像中细胞的类别和数量进行标记；
[0014]以共培养细胞接种密度、细胞接种比例、培养细胞类别和细胞共培养时间节点为输入，以每种细胞的细胞特征参数为输出训练神经网络，得到细胞共培养模型。
[0015]优选地，在所述实时采集预设细胞接种密度和预设细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像之前，所述方法还包括：
[0016]按照相同共培养条件，根据预设细胞接种密度和细胞接种比例对不同种类的细胞
进行细胞共培养，用于下一步采集细胞共培养过程中的细胞图像。
[0017]优选地，所述实时采集预设细胞接种密度和细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像，提取细胞图像中每个细胞不同时间节点下的细胞特征参数，包括：
[0018]利用多个显微镜头实时采集预设细胞接种密度和预设细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像，并将采集的细胞图像发送至投影装置；
[0019]利用投影装置将同一采集时间节点的全部细胞图像去重汇总，将接收的细胞图像处理为三维细胞图像进行显示；
[0020]利用多个视觉捕捉装置对显示的不同采集时间节点下的三维细胞图像分别提取细胞特征参数。
[0021]优选地，所述以共培养细胞接种密度、细胞接种比例、培养细胞类别和细胞共培养时间节点为输入，以每种细胞的细胞特征参数为输出训练神经网络，得到细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细胞模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：获取细胞不同时间节点的生长曲线和形态特征数据，并根据细胞形态特征数据确定细胞分化程度；根据细胞不同时间节点的生长曲线、形态特征数据以及细胞分化程度与收集的细胞物理和生化特征数据构建细胞培养特征参数数据库；利用三维建模技术构建包括培养容器、培养基质、培养条件参数的虚拟培养环境，并基于所述细胞培养特征参数数据库，利用运动规划技术生成虚拟靶细胞并添加至虚拟培养环境中，以利用渲染引擎生成逐帧的细胞信息和培养环境信息，并根据逐帧的细胞信息和培养环境信息构建仿真细胞培养系统下的细胞模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述虚拟培养环境为共培养虚拟环境时，所述细胞不同时间节点的生长曲线和形态特征数据基于预先构建好的细胞共培养模型获取。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述细胞共培养模型通过以下步骤构建得到：实时采集预设细胞接种密度和细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像，提取细胞图像中每个细胞不同时间节点下的细胞特征参数，并对细胞图像中细胞的类别和数量进行标记；以共培养细胞接种密度、细胞接种比例、培养细胞类别和细胞共培养时间节点为输入，以每种细胞的细胞特征参数为输出训练神经网络，得到细胞共培养模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述实时采集预设细胞接种密度和预设细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像之前，所述方法还包括：按照相同共培养条件，根据预设细胞接种密度和细胞接种比例对不同种类的细胞进行细胞共培养，用于下一步采集细胞共培养过程中的细胞图像。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述实时采集预设细胞接种密度和细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像，提取细胞图像中每个细胞不同时间节点下的细胞特征参数，包括：利用多个显微镜头实时采集预设细胞接种密度和预设细胞接种比例下细胞共培养过程中的细胞图像，并将采集的细胞图像发送至投影装置；利用投影装置将同一采集时间节点的全部细胞图像去重汇总，将接收的细胞图像处理为三维细胞图像进行显示；利用多个视觉捕捉装置对显示的不同采集时间节点下的三维细胞图像分别提取细胞特征参...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪楚奕，
申请(专利权)人：首都医科大学附属北京天坛医院，
类型：发明
国别省市：