Koneoppimiseen perustuva robotti virtaviivaistaa geenitutkimusprosessia

Koneoppimiseen perustuva robotti virtaviivaistaa geenitutkimusprosessia

Minnesota Twin Citiesin yliopiston tutkijat ovat rakentaneet robotin, joka käyttää koneoppimista täysin automatisoidakseen monimutkaisen mikroinjektioprosessin, jota käytetään geenitutkimuksessa.

Kokeissaan tutkijat pystyivät käyttämään tätä automatisoitua robottia monisoluisten organismien, mukaan lukien hedelmäkärpästen ja seeprakalan alkioiden, genetiikkaan. Teknologia säästää laboratorioiden aikaa ja rahaa samalla kun ne voivat tehdä helpommin uusia, laajamittaisia ​​geneettisiä kokeita, jotka eivät aiemmin olleet mahdollisia manuaalisilla tekniikoilla

Tutkimus on esillä huhtikuun 2024 numeron kannessaGENETIIKKAvertaisarvioitu, avoin tieteellinen aikakauslehti. Työtä johtivat yhdessä Minnesotan yliopiston konetekniikan opiskelijat Andrew Alegria ja Amey Joshi. Tiimi työskentelee myös tämän teknologian kaupallistamiseksi, jotta se saataisiin laajalti käyttöön Minnesotan yliopiston käynnistysyrityksen Objective Biotechnologyn kautta.

Mikroinjektio on menetelmä solujen, geneettisen materiaalin tai muiden aineiden viemiseksi suoraan alkioihin, soluihin tai kudokseen erittäin hienolla pipetillä. Tutkijat kouluttivat robotin tunnistamaan alkiot, jotka ovat sadasosa riisinjyvän koosta. Kun laite havaitaan, se voi laskea reitin ja automatisoida ruiskutusprosessin.

Tämä uusi menetelmä on kestävämpi ja toistettavampi kuin manuaaliset injektiot. Tämä malli antaa yksittäisille laboratorioille mahdollisuuden kuvitella uusia kokeita, jotka eivät olisi mahdollisia ilman tämäntyyppistä tekniikkaa.

Suhasa Kodandaramaiah, konetekniikan apulaisprofessori ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja, Minnesotan yliopisto

Tyypillisesti tämäntyyppinen tutkimus vaatii korkeasti koulutettuja teknikoita mikroinjektion suorittamiseen, jota monilla laboratorioilla ei ole. Tämä uusi tekniikka voisi laajentaa kykyä suorittaa suuria kokeita laboratorioissa ja vähentää samalla aikaa ja kustannuksia.

"Tämä on erittäin jännittävää genetiikan maailmalle. DNA:n kirjoittaminen ja lukeminen on parantunut dramaattisesti viime vuosina, mutta tämä tekniikka laajentaa kykyämme suorittaa laajamittaisia ​​geneettisiä kokeita erilaisilla organismeilla", sanoi Daryl Gohl, tutkimuksen toinen kirjoittaja, Minnesotan yliopiston genomiikkakeskuksen innovaatiolaboratorion ryhmän johtaja ja geenitieteen apulaisprofessori Cellissä.

Sen lisäksi, että tätä tekniikkaa käytetään geneettisissä kokeissa, se voi myös auttaa suojelemaan uhanalaisia ​​lajeja kylmäsäilytyksen avulla, joka on säilytystekniikka erittäin matalissa lämpötiloissa.

"Tämän robotin avulla voit ruiskuttaa nanopartikkeleita soluihin ja kudoksiin, mikä auttaa kylmäsäilytystä ja sitä seuraavaa uudelleenlämmitysprosessia", Kodandaramaiah selitti.

Muut tiimin jäsenet korostivat muita tekniikan sovelluksia, joilla voisi olla vielä suurempi vaikutus.

"Toivomme, että tätä teknologiaa voitaisiin lopulta käyttää koeputkihedelmöitykseen, jossa voit havaita nämä munat mikromittakaavassa", sanoi Andrew Alegria, paperin toinen johtaja ja biosensoinnin tutkija Minnesotan yliopiston konetekniikan ja biorobotiikan laboratoriosta.

Kodandaramaiahin, Gohlin, Alegrian ja Joshin lisäksi ryhmässä oli useita tutkijoita Minnesotan yliopiston tiede- ja tekniikan korkeakoulusta ja Minnesotan yliopiston genomiikkakeskuksen innovaatiolaboratoriosta. Joukkue voitti äskettäin yliopiston Walleye Tank -elämätiedekilpailun. Tämä life science pitch -kilpailu tarjoaa koulutus- ja myynninedistämismahdollisuuksia nouseville ja vakiintuneille lääketieteen ja life science -yrityksille.

Tämä tutkimus tehtiin yhteistyössä Engineering Research Center for Advanced Technologies for the Preservation of Biological Systems (ATP-Bio) ja Minnesotan yliopiston Zebrafish Coren kanssa.

Työn rahoittivat National Institutes of Health, Minnesota Sea Grant ja National Science Foundation. Lisätukea myönsivät University of Minnesota Diversity of Views and Experiences (DOVE) -apuraha ja Minnesotan yliopiston tietotekniikkainstituutin (UMII) myöntämä Minnesotan löytö-, tutkimus- ja innovaatiotalouden (MnDRIVE) -apuraha.

Lähteet: