Robot poháněný strojovým učením zjednodušuje proces genetického výzkumu

Robot poháněný strojovým učením zjednodušuje proces genetického výzkumu

Vědci z University of Minnesota Twin Cities zkonstruovali robota, který pomocí strojového učení plně automatizuje komplikovaný proces mikroinjekce používaný v genetickém výzkumu.

Ve svých experimentech byli vědci schopni použít tohoto automatizovaného robota k manipulaci s genetikou mnohobuněčných organismů, včetně embryí ovocných mušek a zebry. Tato technologie ušetří laboratořím čas a peníze a umožní jim snadněji provádět nové, rozsáhlé genetické experimenty, které dříve nebyly možné pomocí manuálních technik.

Výzkum je uveden na obálce vydání z dubna 2024GENETIKArecenzovaný vědecký časopis s otevřeným přístupem. Práci vedli studenti strojního inženýrství z University of Minnesota Andrew Alegria a Amey Joshi. Tým také pracuje na komercializaci této technologie, aby byla široce dostupná prostřednictvím startupu Objective Biotechnology z University of Minnesota.

Mikroinjekce je metoda zavádění buněk, genetického materiálu nebo jiných látek přímo do embryí, buněk nebo tkání pomocí velmi jemné pipety. Vědci vycvičili robota, aby rozpoznal embrya, která jsou jedna setina velikosti zrnka rýže. Jakmile je stroj detekován, může vypočítat cestu a automatizovat proces vstřikování.

Tento nový postup je robustnější a reprodukovatelnější než ruční injekce. Tento model umožní jednotlivým laboratořím představit si nové experimenty, které by bez tohoto typu technologie nebyly možné.“

Suhasa Kodandaramaiah, docent strojního inženýrství a hlavní autor studie, University of Minnesota

Tento typ výzkumu obvykle vyžaduje vysoce vyškolené techniky k provádění mikroinjekce, což mnoho laboratoří nemá. Tato nová technologie by mohla rozšířit schopnost provádět velké experimenty v laboratořích a zároveň snížit čas a náklady.

"Pro svět genetiky je to velmi vzrušující. Psaní a čtení DNA se v posledních letech dramaticky zlepšilo, ale tato technologie rozšíří naši schopnost provádět rozsáhlé genetické experimenty na různých organismech," řekl Daryl Gohl, spoluautor studie, vedoucí skupiny Innovation Lab University of Minnesota Genomics Center a odborný asistent na katedře genetiky a vývoje buněčné biologie.

Kromě použití v genetických experimentech může tato technologie také pomoci zachovat ohrožené druhy prostřednictvím kryokonzervace, techniky konzervace prováděné při extrémně nízkých teplotách.

"S tímto robotem můžete vstřikovat nanočástice do buněk a tkání, což pomáhá při kryokonzervaci a následném procesu zahřívání," vysvětlil Kodandaramaiah.

Další členové týmu zdůraznili další aplikace technologie, které by mohly mít ještě větší dopad.

"Doufáme, že tato technologie by mohla být nakonec použita pro oplodnění in vitro, kde byste mohli detekovat tato vajíčka v mikroměřítku," řekl Andrew Alegria, spoluautor článku a vědecký pracovník v biosnímání na University of Minnesota Mechanical Engineering and Biorobotics Laboratory.

Kromě Kodandaramaiah, Gohla, Alegria a Joshiho tým zahrnoval několik výzkumníků z University of Minnesota's College of Science and Engineering a University of Minnesota Genomics Center's Innovation Lab. Tým nedávno vyhrál univerzitní vědeckou soutěž Walleye Tank. Tato prezentační soutěž v oblasti biologických věd poskytuje vzdělávací a propagační příležitosti pro vznikající a zavedené společnosti z oblasti medicíny a vědy o živé přírodě.

Tento výzkum byl proveden ve spolupráci s Engineering Research Center for Advanced Technologies for the Preservation of Biological Systems (ATP-Bio) a University of Minnesota Zebrafish Core.

Práce byla financována National Institutes of Health, Minnesota Sea Grant a National Science Foundation. Další podporu poskytl grant University of Minnesota Diversity of Views and Experiences (DOVE) a grant Minnesota’s Discovery, Research, and Innovation Economy (MnDRIVE) od Instituce informatiky University of Minnesota (UMII).

Zdroje: