基于干细胞的疗法的制造取决于将产品特性与生物过程条件和细胞生理学联系起来的模型。细胞系统的典型定量模型依赖于群体平均特性，但无法根据关键质量属性告知细胞的状态。捕捉同基因干细胞群固有异质性质的框架取决于生理状态功能（PSF），它代表细胞内容变化、分裂和分化率的分布。这种模式可以提供宝贵的生物学见解并促进干细胞产品的稳健生物制造，但获得 PSF 带来了重大挑战。
实施群体平衡方程 （PBE） 建模来推导干细胞 PSF。从实验数据中提取它们需要获取新生细胞和分裂细胞的相关分布。这些人胚胎和诱导多能干细胞亚群被识别并用多重流式细胞术进行分析。通过静止间隔技术实现了具有适当 PSF 的 PBE 模型的求解。
给出了人类干细胞合成、分裂和分化的速率分布。这些 PSF 是首次利用对干细胞集合（包括有丝分裂细胞和新生儿细胞）的实验分析进行计算的。在这里，PSF 与多能性标记 POU5F1 （OCT4） 相关联，作为 hPSC 状态的描述符，并且它们在所检查的干细胞系的 OCT4 货物上遵循类似的单峰分布。外源性乳酸在不影响多能性标志物表达的情况下减缓生长，抑制了 PSF 范围，揭示了干细胞系之间的显着差异。研究结果还指出了由高细胞外乳酸等压力源引起的系特异性效应。最后，利用为 OCT4 提取的 PSF 分布，证明了基于细胞内 NANOG 的 PSF 的衍生。
这项工作首次解释了干细胞生理特性的速率分布（而不是群体平均值）的推导，包括 OCT4 含量的分裂和变化。这使得能够实施建模框架，以对 hPSC 群体进行严格的定量描述，这对于解决有关多能性和分化的基本生物学问题非常重要，并且对于基于 hPSC 的治疗药物的生物制造至关重要。
