上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
理解、预测并最终编程细胞对内部信号和外部刺激的响应，是生物学中的最大挑战之一。虚拟细胞（Virtual Cell，VC）作为人工智能与生物学交叉领域的一个新兴前沿，有望解决这一挑战，从而彻底改变生命科学研究范式。
2025 年 6 月，Arc 研究所的研究人员在Cell期刊发表评论文章，正式推出了虚拟细胞挑战赛（Virtual Cell Challenge），该挑战赛的核心目标是提供一个公平、开放的测试评估，发掘能够通过严格测试的最佳虚拟细胞模型。
2026 年 8月，Arc 研究所的研究人员在Cell期刊发文，宣布第二届虚拟细胞挑战赛（Virtual Cell Challenge 2026）启动，此次挑战赛将对生物学泛化能力提出更高要求：在多个独立的细胞环境中实现零样本预测。
参赛者需要构建虚拟细胞模型，以预测新的由 Arc 研究所生成的数据集（包含未见过的细胞系）中的基因敲低响应。目标是判断最优虚拟细胞模型能否有效缩小临床前实验预测与人类生物学之间的鸿沟。
虚拟细胞挑战赛的终极目标不是让实验变得多余，而是帮助研究人员决定哪些实验最值得做。
为什么我们需要“虚拟细胞”？
现代生物医学研究高度依赖实验系统，例如动物模型或者培养皿里的细胞。研究人员默认一个假设：在这些系统里观察到的反应，应该和人体内的反应差不多。
但现实很残酷——这个假设经常失效。
这就是所谓的“转化鸿沟”：很多候选药物在临床试验中最终失败，正是因为它们在实验室里的表现和真实人体中的效果相差甚远。
那么问题来了：为什么不直接在人体细胞上做实验呢？
因为有很多重要的细胞类型，根本没法轻易获取或操作：稀有细胞类型、离开人体就无法扩增的原代细胞、无法在培养皿中忠实培养的病变细胞，以及依赖于多种细胞相互作用的组织状态...换句话说，当我们把这些细胞从人体中取出来的时候，它们已经不再是原来的样子了。最终导致唯一真正能在自然环境中对人类细胞进行干预的场所就是临床试验。
所以，虚拟细胞的价值就体现出来了：如果能用已有的实验数据训练出可靠的预测模型，我们就可以在不重复大量实验的情况下，预测那些难以直接操作的细胞会如何响应各种扰动。
首届虚拟细胞挑战赛的启示
2025 年，首届虚拟细胞挑战赛（Virtual Cell Challenge 2025）作为扰动预测的开放基准正式启动。参赛者需使用专门构建的数据集和共享的评估框架，预测 H1 人胚胎干细胞中单基因扰动对转录组的影响。
来自 114 个国家的超过 5000 人注册参与，逾 1200 支团队提交了结果，其中 300 多支团队完成了最终提交。表现最强的模型在扰动区分和差异表达基因预测等关键能力上取得了显著提升。这一挑战赛的热烈反响既体现了虚拟细胞领域的蓬勃进展，也揭示了当前存在的局限性——没有一个单一指标能完美衡量虚拟细胞模型的质量，也没有哪个虚拟细胞模型能够在所有评估指标上全面替代实验测量。
以下是首届虚拟细胞挑战赛的优胜团队。
冠军团队是来自百图生科（BioMap）的BM_xTVC团队，他们开发了xTrimoSCPerturb模型，获得了 10 万美元奖金。
亚军团队是来自四川大学人工智能学院的XLearning Lab团队，彭玺教授开发了X模型，获得了 5 万美元奖金。
季军团队是来自芝加哥大学、达特茅斯学院、香港大学的Outlier团队，他们开发了TransPert模型，获得了 2.5 万美元奖金。
来自 Altos Labs 公司的Altos Labs团队在四个指标共七个评估维度上取得了最高的平均排名，展现出稳健的性能表现，具有最可靠的泛化能力，因此被授予了临时增设的“通才奖”，奖金为 10 万美元。
第二届虚拟细胞挑战赛
今年，难度直接升级，挑战赛的核心任务是——零样本跨情境预测。也就是参赛队伍提交的虚拟细胞模型需要在从未见过目标细胞类型的扰动数据的情况下，预测该细胞类型在受到扰动后的基因表达变化。
2026 挑战赛基于六个不同组织的癌细胞系数据集，使用了 CRISPRi 技术和 10x Flex 单细胞 RNA 测序技术。参赛者会收到：三个细胞系的验证集输入数据；每个细胞系中表达非靶向 gRNA 的细胞图谱；需要预测的 CRISPRi 敲低基因标识。虚拟细胞模型的任务是：根据上述信息，预测经过 CRISPRi 敲低后，通过 10x Flex 单细胞测序会测量到的基因表达谱。这种设计有意地将“接触目标情境”与“获得该情境下的扰动结果”分离开来。非靶向 gRNA 细胞图谱定义了每个细胞系的基线状态，而扰动基因标识则指明了要模拟的干预措施。
挑战赛时间线：
08 月 20 日：验证数据上线，排行榜开放，提交通道开启。
10 月 22 日：最终测试集发布。
11 月 05 日：最终提交截止（UTC 时间晚上11:59）。
11 月中下旬：公布获奖者名单。
2026 挑战赛将继续采用严格且透明的评估方式，采用名为Cell-Eval的综合评估框架，用于衡量扰动预测的不同方面，包括虚拟细胞模型是否能够恢复差异表达基因、是否能够区分扰动效应，以及是否能够逼近实验测量的表达谱。2025 挑战赛表明，没有任何单一指标能够完全反映虚拟细胞模型的质量，因此，2026 挑战赛的最终评分将采用六个指标的参考归一化综合得分。这在保持对模型行为广泛评估的同时，减少参赛者针对单一指标进行优化的动机。
最后，挑战赛组织者表示，如果能将基础的扰动分析实验搬到计算机里，就为细胞建模领域的“AlphaFold 时刻”创造了条件——不是因为实验不再必要，而是因为虚拟细胞模型可以帮助研究人员做出更明智的实验选择。
参考资料：
https://arcinstitute.org/news/virtual-cell-challenge-2026
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00931-1
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
