苏佳灿团队新作：AI 虚拟生命三重奏重塑医学未来

随着人工智能持续渗透至生命科学与医学领域，医学研究正从传统的观察验证模式，转型为以建模、预测及闭环优化为特征的新纪元。本期专题聚焦上海交通大学附属新华医院与上海大学转化医学研究院苏佳灿教授团队提出的“AI 虚拟生命三重奏”概念。其中，AI 虚拟类器官（AIVOs）立足类器官研究，构建了面向组织层级的数字孪生框架，旨在将实体类器官拓展为可计算、可更新且可交互的虚拟系统；AI 虚拟细胞外囊泡（AIVEVs）将这一理念延伸至细胞通讯层面，力求把囊泡的生成、装载及传递过程纳入可解释、可预测的数字模型；而虚拟医学（Virtual Medicine）则从更宏大的视角，系统描绘了人工智能在诊断、治疗、健康管理及临床决策中的整体蓝图。这三篇文章层层递进，勾勒出一条从虚拟组织模型演变为虚拟通信载体，最终构建虚拟医疗生态的清晰路径。

AI 虚拟类器官：引领类器官研究步入可计算新纪元

从湿实验迈向硅基计算：解读 AIVOs

类器官虽为发育生物学、疾病建模及药物筛选提供了关键的体外研究平台，但其发展仍受限于批次差异、纵向数据稀疏及难以规模化等瓶颈。鉴于此，AIVOs 被定义为一种存在于计算空间中的类器官尺度数字孪生体，亦称“硅基类器官”。它以虚拟细胞为基本单元，通过融合多模态及纵向测量数据，结合受生物物理先验约束的虚拟仪器与混合机制模块，对类器官的构成、状态演变及扰动响应进行计算化重构。

这意味着，AIVOs 并非现实类器官的简单数字化复制，也不是静态数据库，而是一个能持续更新、执行虚拟实验并与实体系统形成反馈闭环的数字孪生体系。真实的类器官及患者相关组学、成像与功能数据可不断校准模型，模型则反向指导后续实验设计与干预策略，从而推动类器官研究从实验驱动转向数据、模型与预测协同驱动的新模式。

图 1：虚拟类器官：演变、构建与生物医学应用

2.构建逻辑：数据、模型与交互的三位一体

构建逼真的虚拟类器官，绝非简单的图像渲染。作者提出了一套严密的架构，即“数据 - 模型 - 交互”闭环：AIVOs 的核心不在于单纯的图像重建，而是一套由数据层、模型层和交互层构成的整体系统。数据层负责整合多组学、单细胞与空间组学、高内涵显微成像、活细胞成像以及患者临床与微环境信息；模型层结合数据驱动方法与机制模型，对细胞行为、细胞 - 基质互作以及营养、药物和力学环境进行跨尺度建模；交互层则连接虚拟与实体类器官，确保模型更新、虚拟扰动和实验反馈形成闭环。

文章特别强调，AIVOs 的价值不仅在于预测，更在于通过持续的数据输入和模型修正，实现对类器官状态的动态表征，并为药物筛选、疾病分型、耐药分析及临床决策提供坚实的计算基础。

图 2：虚拟类器官的构建架构

AI 虚拟细胞外囊泡：将细胞通讯纳入数字建模

1.为何构建 AIVEVs 及其定义

若说 AIVOs 关注的是组织与类器官层面的数字孪生，那么 AIVEVs 则将这一思路进一步下沉至细胞间通讯层级。细胞外囊泡是细胞释放的纳米级膜性结构，携带蛋白、核酸和脂质等多种生物活性分子，在细胞通讯、疾病诊断及药物递送中扮演关键角色。与此同时，EVs 研究长期面临