Mahahalagang Hakbang Patungo sa Organoid Intelligence na Isinasagawa

Artipisyal na Intelihensiya (AI) ay naging pamilyar na termino sa teknolohikal na mundo ngayon, humuhubog sa maraming aspeto ng ating pang-araw-araw na buhay. Gayunpaman, may isang bagong hangganan na lumilitaw sa larangan ng agham – Organoid Intelligence (OI) – na bagaman hindi kasing kilala ng AI, ay may kamangha-manghang potensyal. Ngunit ano nga ba ang Organoid Intelligence, at bakit ito nakakuha ng pansin sa mga siyentipikong komunidad?

The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ay naglalarawan sa Organoid Intelligence bilang isang “kolektibong pagsisikap upang itaguyod ang paggamit ng brain organoids—mga maliliit na spherical na masa ng tisyu ng utak na pinalaki mula sa stem cells—para sa komputasyon, pananaliksik ng gamot, at bilang modelo upang pag-aralan sa maliit na sukat kung paano maaaring gumana ang isang kumpletong utak.”

Itinuturo rin ng organisasyon ang dalawang breakthrough na pananaliksik na nagbigay-daan sa pag-unlad ng mga organoid. Tatalakayin natin ang mga pananaliksik na iyon sa sandaling ito. Ngunit bago iyon, sisilipin natin nang mas malalim kung ano ang iniisip ng komunidad ng siyensiya tungkol sa potensyal ng Organoid Intelligence.

Naniniwala ang isang pangkat ng mga mananaliksik na ang mga OI-based na biocomputing system ay magpapahintulot ng mas mabilis na paggawa ng desisyon. Makakatulong ito na patuloy na matuto habang isinasagawa ang mga gawain at magdadala ng mas mataas na kahusayan sa enerhiya at datos sa proseso. Makakatulong din ito upang maunawaan ang pathophysiology sa likod ng malubhang pinsalang developmental at degenerative na mga sakit tulad ng dementia. Nauunawaan naman, makatutulong ito sa paggamot ng mga sakit na ito sa pamamagitan ng pagtukoy ng mga bagong therapeutic approach.

Dahil sa napakalaking kakayahan ng OI na magdulot ng kabutihan, maraming makabuluhang hakbang patungo sa Organoid Intelligence (OI) ang ginagawa. Titingnan natin ang mga ito sa mga susunod na bahagi. Ngunit magsisimula tayo sa dalawang breakthrough na pananaliksik sa pag-unlad ng organoid na nabanggit na natin.

Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids

Ang mga IPSC-derived organoid ay pumasok sa mga talakayan noong paglaganap ng COVID-19. Isang siyentipikong papel ang naglista ng mga detalye tungkol sa IPSC-derived airway organoid, brain organoid, intestinal organoid, liver organoid, blood vessel organoid, kidney organoid, inner ear organoid, atbp. Dahil sa lawak ng ito, ang talakayan natin ay magtutuon ngayon sa partikular na bahagi ng brain organoid.

Ang papel ay naglilista ng tatlong mahahalagang punto: 

• Sa unang pagkakataon, nakabuo ang mga siyentipiko ng brain organoid gamit ang spontaneous differentiation ng embryoid bodies (EBs).
• Ang mga unang brain organoid ay lubhang heterogeneous.
• Ang heterogeneity ay nagdala sa mga mananaliksik na bumuo ng region-specific na brain organoid sa pamamagitan ng pag-impluwensya sa mga tiyak na signaling pathway.

Ang isa pang pananaliksik na tumulong sa pag-unlad ng organoid ay nakatuon sa mga 3D-cell-culturing technique.

3D Cell Culture

Ang motibasyon sa pagbuo ng mga 3D cell culturing technique ay nagmula sa mga kakulangan na napansin sa pag-culture ng mga selula sa dalawang dimensyon. Ang mga two-dimensional cell culture practice at method ay nabigong tularan ang anatomy o physiology ng tisyu para sa kapaki-pakinabang na pag-aaral.

Sa kabilang banda, ang mga 3D cell culturing technique ay mas malapit sa pisyolohiya ng hayop at tao. At habang ito ay nagiging mas mature, makakatulong ito sa pagdidisenyo at pagbuo ng co-cultures. Ang mga teknikang ito ay maaaring maging kapaki-pakinabang sa pag-engineer ng mga tisyu para sa klinikal na paghahatid at pagbuo ng mga modelo para sa drug screening.

Ang mga ganitong pag-unlad sa 3D cell culturing ay mahalaga rin sa pananaliksik hinggil sa IPSC-derived organoid at organoid intelligence. Halimbawa, ang mga IPSC ay maaaring mag-develop sa anumang selula na matatagpuan sa katawan ng hayop.

Ang mga 3D culturing technique at 3D-scaffolding method, partikular, ay tumutulong sa mga biyologo na palaguin ang IPSC-derived neural tissue nang patayo at pahalang, na nagbubukas ng daan sa pagbuo ng interneuronal network na nakikita sa utak ng hayop.

Ang pag-uulit ng masalimuot na network na ito ay tumutulong na mas mapalalim ang pag-unawa sa organoid intelligence at makabuo ng mas sopistikadong mga pamamaraan.

Brain Organoid Reservoir Computing para sa AI

Pananaliksik na inilathala sa journal Nature Electronics ay nagtatampok ng mga tagumpay na naitala sa brain-inspired computing hardware na ginagaya ang estruktura at prinsipyo ng pag-andar ng utak. Naniniwala ang mga mananaliksik na ang pag-unlad na ito ay may potensyal na tugunan ang kasalukuyang limitasyon ng AI.

Ang pananaliksik, partikular, ay nag-uulat ng AI hardware approach na gumagamit ng adaptive reservoir computation ng biological neural networks sa isang brain organoid. Ang approach ay tinatawag na Brainoware. Ito ay nakatuon sa pagsasagawa ng komputasyon sa pamamagitan ng pagpapadala at pagtanggap ng impormasyon mula sa brain organoid gamit ang high-density multielectrode array.

Organic Semiconductor Synthesis: Pagbubukas ng Bagong Horizon para sa Super-Efficient na Electronic Devices

Isang team ng mga mananaliksik sa Department of Chemistry ng UNIST ang nagpadali sa espasyo upang higit pang buksan ang mga oportunidad sa inobasyon sa pamamagitan ng isang breakthrough sa organic semiconductor synthesis. Iniulat ng mga mananaliksik ang synthesis at characterization ng B2N2 anthracene derivative na may BNBN unit na nabuo sa pamamagitan ng pag-convert ng BOBN unit sa zigzag edge. Inaasahan na ang mga natuklasan ay makakatulong sa pag-develop ng mas malalaking acenes na may maraming BN unit na magkakaroon ng maraming aplikasyon sa organic electronics.

Ayon kay Songhua Jeong, ang unang may-akda ng pag-aaral:

“Ang aming pag-aaral sa anthracene, isang uri ng acene na kilala bilang organic semiconductor, ay naglatag ng pundasyon para sa mga susunod na pag-unlad sa larangang ito.”

Dagdag pa ni G. Jeong: 

“Ang patuloy na BN bonding na nasintesis sa pamamagitan ng pananaliksik na ito ay may malaking potensyal para sa mga aplikasyon sa organic semiconductors.”

Sa pag-usbong ng iba’t ibang pananaliksik na nagbubukas ng mga daan para sa pag-usbong ng Organoid Intelligence, sinasabi ng mga eksperto sa larangang ito na ang organoid intelligence ay maaaring maging sapat na makapangyarihan upang patakbuhin ang ating mga computer sa hinaharap.

Hindi na tila hindi makatotohanan ang isang hinaharap kung saan ang mga brain cell na pinalaki sa laboratoryo ay mag-iimbak at magbabalik ng malaking dami ng datos na may mas maliit na pangangailangan sa enerhiya. Sa karagdagang scale-up, ang mga solusyong ito ay maaaring mag-develop pa ng kamalayan upang mag-isip o makaramdam nang sarili.

Organoid Intelligence: Mga Workshop at Pondo

Iba’t ibang pagsisikap ang isinasagawa upang higit pang talakayin ang potensyal ng organoid intelligence.

Mula Pebrero 22 hanggang 24, 2022, ang Johns Hopkins University ay nagdaos ng unang Organoid Intelligence workshop. Ang layunin ay bumuo ng OI community at maglatag ng pundasyon para itatag ang OI bilang isang bagong siyentipikong disiplina. Ang motibasyon sa likod ng workshop ay nagmula sa paniniwala na ang OI ay maaaring radikal na baguhin ang komputasyon, pananaliksik sa neurologiya, at pag-develop ng gamot.

Ang karagdagang pag-validate sa potensyal ng OI ay nangyari nang ang United States National Science Foundation Directorate for Engineering ay nagplano ng isang bagong larangan para sa Emerging Frontiers in Research and Innovation (EFRI) program sa FY 2024, at ito ay tinawag na ‘Engineering Organoid Intelligence.’

Ang NSF ay kilala sa pagsuporta sa siyensya at engineering research at mga tao na may kaugnayan dito sa pamamagitan ng pagbibigay ng pasilidad, instrumento, at pondo. Ang NSF ay may budget na US$9.5 bilyon sa fiscal year 2023. Ang mga pondong ito ay naaabot ang limampung estado sa US sa pamamagitan ng mga grant na ibinibigay sa halos 2,000 kolehiyo, unibersidad, at institusyon.

Ang paksa na ‘Engineering Organoid Intelligence’ ay naglalayong suportahan ang pundamental na pananaliksik sa pag-develop ng engineered biocomputers sa pamamagitan ng brain organoid. Naniniwala ang NSF na ang mga Organoid culture ay malapit nang magkaroon ng interface sa electronics upang maghatid ng input at mag-export ng output sa mga panlabas na digital system.

Bukod sa mga unibersidad, research institution, at mga kagawaran ng gobyerno, maraming kumpanya ang sumasali sa layunin ng pagpapalago ng organoid intelligence. Titingnan na natin ngayon ang ilan sa mga kumpanyang ito at ang kanilang mga pagsisikap.

#1. Final Spark

Itinatag nina Martin Kutter at Fred Jordan noong 2014 at nakabase sa Switzerland, ang Final Spark ay nagtataguyod ng biological chip processors na kumokonsumo ng mas kaunting enerhiya.

Ayon sa startup, nasubukan na nila ang 10 milyong neuron na sa kanilang pagsisikap na bumuo ng mga makinang nag-iisip mula sa buhay na human neuron na nagmula sa balat.

Ang startup ay gumagamit ng sopistikadong cell-culturing technique upang ipakita ang self-sustaining computing capability para sa paglikha ng mga hinaharap na AI model.

#2. BiologiC at NVIDIA

Ang BiologiC Technologies, isang kumpanya na nakabase sa Cambridge, UK, ay kilala sa kanilang mga biocomputer, na inilarawan ng kumpanya bilang isang “automated programmable at reconfigurable bioprocessing platform para sa maraming biological application.”

Ang patented hardware architecture ng solusyon ay may apat na core module: 

• Ang advanced routing core ay tumutulong sa pag-transport ng likido at biogases sa buong sistema.
• Ang input at output block ay tumutulong sa pagkontrol ng paglo-load ng raw material at paglabas ng huling bioproduct.
• Ang BPU model ay tumutulong sa mga bioprocessing activity tulad ng cell growth, in-vitro transcription, atbp.
• Sa huli, ang sensor core module ay tumutulong sa real-time monitoring ng bioprocess environment.

Noong Marso 13, 2023, sumali ang BiologiC Technologies sa NVIDIA (NVDA ) Inception, isang programa na tutulong sa BiologiC na i-integrate ang edge computing at AI sa kanilang mga biocomputer. Ang integrasyong ito ay sa kalaunan ay magdadala ng rebolusyonaryong pag-unlad sa kanilang biology processing facilities at magbabawas ng banta ng mga sakit sa isang sustainable, accessible, at abot-kayang paraan.

Ayon sa mga available na impormasyon, CPI Enterprises ay nag-invest sa BiologiC. Ang CPI ay nag-iinvest sa high-potential deep tech para sa mga kumpanyang mabilis na mag-scale up, na ginagampanan ang doble bilang investor at technical support provider.

Ayon kay Frank Millar, chief executive ng CPI: 

“Sa matagal naming pakikipagtulungan, humanga kami sa bilis ng execution at commercial traction ng BiologIC. Nakikita namin ang malalakas na advantage sa bio-computer system ng BiologIC at ang kakayahang dagdagan ang bioprocess productivity kumpara sa kompetisyon sa sektor.”

Noong Nobyembre 21, 2023, iniulat ng NVIDIA ang revenue para sa ikatlong quarter na nagtapos noong Oktubre 29, 2023, na $18.12 bilyon, tumaas ng 206% mula isang taon ang nakalipas at tumaas ng 34% mula sa nakaraang quarter.

#3. BioMap at MBUZAI: Pinagsamang Pagsisikap sa Paglikha ng Biocomputing Lab 

Noong Marso 14, 2023, ang BioMap ay nagtatag ng strategic collaboration kasama ang Mohamed bin Zayed University of Artificial Intelligence (MBZUAI) upang ipakilala ang unang biocomputing innovation research laboratory sa Gitnang Silangan at tugunan ang pangangailangan ng mga life science scenario sa rehiyon.

Ang kooperasyon ay mag-eexplore sa cross-modal bio-computing model ng BioMap, xTrimo (Cross-model Transformer Representation of Interactome and Multi-Omics), upang makamit ang large-scale life science models sa protein generation, protein structure prediction, cell function prediction, at iba pang life science tasks.

Ang pokus ay sa pag-abot ng breakthrough sa AI-generated proteins (AIGP) upang makatulong sa pangangailangan ng Gitnang Silangan sa medikal na kalusugan, disenyo ng gamot, enerhiya, at proteksyon sa kapaligiran.

Bukod sa protein design, ang kakayahan ng BioMap ay tutulong din sa pag-abot ng malakas na cell characterization capability, tumpak na unang beses na modeling ng immune cells, at iba pa.

Co-founded ni Baidu CEO Robin Li, ang BioMap ay tumutulong pagsamahin ang best-in-class AI at biotech capabilities upang labanan ang mga pinakamahalagang problema sa industriya ng life sciences, tulad ng target discovery, de-novo drug design, at enzyme optimization.

Ang Chinese startup na biological computing ay nag-raise ng higit sa US$100 milyon sa series A funding, ayon sa mga ulat na inilathala noong Agosto 2021. Ang round ay pinamunuan ng CGV Capital. Kabilang sa ibang investors ang Baidu, Legend Capital, Bluerun Ventures, at Xianghe Capital.

Saan Patungo ang OI?

Hindi maikakaila, nakuha ng OI ang imahinasyon ng komunidad ng siyensiya. Ang mga sopistikadong teknolohikal na kumpanya at mga isipan ay nag-iinvest din ng mga resources. Ang magiging kinabukasan ng OI ay, gayunpaman, nakasalalay sa ilang mahahalagang aspeto na may kaugnayan sa likas nitong pag-unlad.

Ang tagumpay ng OI bilang isang rebolusyonaryong teknolohikal na inobasyon ay nakadepende sa kung gaano ito kabilis, epektibo, at makapangyarihan kumpara sa silicon-based computing at AI. Bukod pa rito, ang pinahusay na pamantayan ng bilis, kahusayan, at kapangyarihan ay dapat magkaroon ng mas mababang pangangailangan sa enerhiya upang maging mas kaakit-akit at cost-effective.

Sa hinaharap, kailangang maging tunay na multidisciplinary ang OI dahil ito ay isang napaka-komplikado at masalimuot na pagsubok upang i-scale ang kasalukuyang brain organoid tungo sa matibay na 3D na estruktura. Ang mga estrukturang ito ay magiging puno ng mga selula at gene na tutulong sa mga tao na matuto ng mga bagong, komplikadong bagay.

Higit pa rito, ang pagdidisenyo ng ideal na biocomputer ay mangangailangan ng pagkonekta ng mga organoid sa mga cutting‑edge na input at output device, partikular na mga elektronikong kagamitan na may kasamang high‑end AI at machine learning system.

Naniniwala ang mga mananaliksik sa larangan na may malaking pangangailangan para sa mga bagong at sopistikadong modelo, algorithm, at interface technology upang maitatag ang epektibo at makabuluhang komunikasyon sa mga brain organoid. Upang gawing best‑in‑class ang output, kailangang malaman ng mga creator kung paano sila natututo, nagko‑compute, nagpoproseso, at nag-iimbak ng datos.

Ang saklaw ng datos, gaya ng nasabi na, ay magiging napakalaki at napakalawak sa dami.

Sa panahong ito, makakatulong din ang pananaliksik ng OI upang mapabuti ang ating pag-unawa kung paano gumagana ang utak at ang malalim at masalimuot na neurological network nito. Ang mga pag-unawang ito ay makakatulong sa mas mahusay na paggamot sa mga pasyenteng may neurological disease.

Sa huli, ang pag-uulit ng kakayahan ng utak ng tao sa isang laboratoryong kapaligiran ay maaaring maging isang tagumpay na may napakalaking kahihinatnan. Ang potensyal para sa maling paggamit ay maaaring maging napakataas. Kaya mula sa mga unang araw, dapat tiyakin ng komunidad ng siyensiya na ang pananaliksik at pag‑develop sa OI ay mananatiling sensitibo sa mga etikal na sistema ng ating lipunan. Ang etikal na balangkas ay dapat hindi bababa sa isang nagtatakdang paradigma para sa OI na umunlad sa hinaharap.

I‑click dito para sa listahan ng mga pinaka‑promising na biotech stocks.