Reinforcement learning‐guided control strategies for CAR T‐cell activation and expansion

强化学习 生物制造 计算机科学 人口 人工智能 生物 生物技术 人口学 社会学
作者
Sakib Ferdous,Ibne Farabi Shihab,Ratul Chowdhury,Nigel F. Reuel
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:121 (9): 2868-2880
标识
DOI:10.1002/bit.28753
摘要

Reinforcement learning (RL), a subset of machine learning (ML), could optimize and control biomanufacturing processes, such as improved production of therapeutic cells. Here, the process of CAR T-cell activation by antigen-presenting beads and their subsequent expansion is formulated in silico. The simulation is used as an environment to train RL-agents to dynamically control the number of beads in culture to maximize the population of robust effector cells at the end of the culture. We make periodic decisions of incremental bead addition or complete removal. The simulation is designed to operate in OpenAI Gym, enabling testing of different environments, cell types, RL-agent algorithms, and state inputs to the RL-agent. RL-agent training is demonstrated with three different algorithms (PPO, A2C, and DQN), each sampling three different state input types (tabular, image, mixed); PPO-tabular performs best for this simulation environment. Using this approach, training of the RL-agent on different cell types is demonstrated, resulting in unique control strategies for each type. Sensitivity to input-noise (sensor performance), number of control step interventions, and advantages of pre-trained RL-agents are also evaluated. Therefore, we present an RL framework to maximize the population of robust effector cells in CAR T-cell therapy production.
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