药研模型的细胞来源也需要过程质控
北京大学（Peking University）、北京交通大学（Beijing Jiaotong University）等机构的中瑞合作团队，在 Cell Discovery 发表研究，尝试用活细胞明场图像监测人多能干细胞（pluripotent stem cells，PSCs）的分化。文章将细胞系和批次差异视为药物筛选、疾病模型及细胞产品应用共同面临的问题。
团队以心肌分化为主要案例，观察从起始细胞集落、祖细胞到心肌细胞的不同阶段。明场图像无需为待用细胞添加荧光标记，适合重复观察；训练和评价时，再用实测心肌肌钙蛋白 T（cardiac troponin T，cTnT）荧光等作为参考。
预测的荧光与实测结果分别保留
心肌阶段的模型学习明场与实测荧光的对应关系，再对新明场图像生成荧光预测。测试集中，36 孔的预测分化指数与实测指数相关系数为 0.93；在另外 3 条细胞系的新数据中，相关系数为 0.81。
这里的分化指数来自图像中的荧光强度，不等同于逐细胞计数得到的纯度。预测图也不是再次完成了免疫染色；实测标签仍用于检验预测是否可靠，两者在图像和数值比较中明确区分。
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祖细胞阶段可提前估计最终分化表现
在较早的心脏祖细胞（cardiac progenitor cell，CPC）阶段，团队以弱监督学习识别明场图像中的相关区域。其标注来自对同一图像序列的回溯，结合后续形成心肌细胞的位置和人工判断，并不是仅凭一个祖细胞标志物定义所有标签。
第 6 天的区域预测与人工标注比较，准确率约为 71.9%；预测区域比例与第 12 天分化指数的相关系数为 0.88，在另外 3 条细胞系中为 0.83。区域准确率描述位置识别，相关系数描述最终产出预测，两者是不同的评价指标。
按图像识别结果进行区域选择和细胞分选后，所获细胞继续形成心肌细胞的比例高于未分选组。作者同时发现，直接照射目标细胞可能引入光毒性，提示识别模型之外，实际分选方式也会影响最终细胞质量。
早期图像用于判断诱导条件是否偏离
CHIR99021 是该分化体系中的一个关键小分子诱导剂，不同细胞系和批次对它的反应范围并不相同。研究用早期明场图像，把诱导条件分为偏低、合适和偏高，并进一步比较模型判断与最终分化结果的关系。
在不同预设处理时长下，测试集分类准确率分别为 93.1%、84.5% 和 78.4%。跨批次检验中，模型给出的偏离评分与实验确定的偏离程度相关系数为 0.82；按早期判断调整后续条件，也能改善原本较低的心肌分化效率。
起始细胞集落的形态同样提供信息。团队用 1,350 孔训练、584 孔测试随机森林模型，预测最终分化指数；集落面积、边缘形状等特征与分化表现有关。这些特征提供了比较培养起点差异的定量依据。
早期读数还用于约 3,000 个小分子的筛选
团队把第 6 天的祖细胞区域预测作为筛选读数，寻找能在过强诱导条件下维持心脏分化的小分子。约 3,000 个化合物经过初筛后，前 40 个候选继续接受不同诱导条件的验证。
细胞周期蛋白依赖性激酶 8（cyclin-dependent kinase 8，CDK8）抑制剂 BI-1347 在复核中表现较稳定，另外两种同类抑制剂也出现相似作用。研究在不同批次和 6 条 PSC 细胞系中观察到分化一致性改善，并比较了所得心肌细胞的标志物、转录、电活动和钙信号。
筛选以提高模型细胞的生成稳定性为目标。转录结果提示，BI-1347 减少了向其他中胚层方向分化的倾向；仅用另一种 Wnt 通路抑制剂，并未产生相同程度的改善。
迁移到其他体系仍需重新检验图像和标签
论文还在肾脏分化和肝脏分化的早期阶段检验图像策略，分别使用祖细胞或定形内胚层（definitive endoderm）标记作为参考。这些结果支持继续扩展方法，但还不是对成熟肾、肝模型的药物毒性预测验证。
作者指出，细胞系、传代和细胞状态变化会改变图像分布，人工标注也仍需要投入。早期细胞较容易接受干预，却可能缺少清楚的形态特征；晚期更容易识别，但可纠正的空间较小。因此，监测时点、标签和模型需要围绕具体分化任务设计。