Un robot basé sur l'apprentissage automatique rationalise le processus de recherche génétique

Un robot basé sur l'apprentissage automatique rationalise le processus de recherche génétique

Des chercheurs de l'Université du Minnesota Twin Cities ont construit un robot qui utilise l'apprentissage automatique pour automatiser entièrement un processus complexe de micro-injection utilisé dans la recherche génétique.

Dans leurs expériences, les chercheurs ont pu utiliser ce robot automatisé pour manipuler la génétique d’organismes multicellulaires, notamment des embryons de mouches des fruits et de poissons zèbres. Cette technologie permettra aux laboratoires d'économiser du temps et de l'argent tout en leur permettant de mener plus facilement de nouvelles expériences génétiques à grande échelle qui n'étaient auparavant pas possibles à l'aide de techniques manuelles.

La recherche fait la couverture du numéro d’avril 2024GÉNÉTIQUEune revue scientifique à comité de lecture et en libre accès. Les travaux ont été codirigés par Andrew Alegria et Amey Joshi, étudiants en génie mécanique à l’Université du Minnesota. L’équipe travaille également à la commercialisation de cette technologie pour la rendre largement disponible via la startup Objective Biotechnology de l’Université du Minnesota.

La microinjection est une méthode d'introduction de cellules, de matériel génétique ou d'autres agents directement dans des embryons, des cellules ou des tissus à l'aide d'une pipette très fine. Les chercheurs ont entraîné le robot à reconnaître des embryons qui font un centième de la taille d'un grain de riz. Une fois détectée, la machine peut calculer un chemin et automatiser le processus d'injection.

Cette nouvelle procédure est plus robuste et reproductible que les injections manuelles. Ce modèle permettra à chaque laboratoire d’imaginer de nouvelles expériences qui ne seraient pas possibles sans ce type de technologie.

Suhasa Kodandaramaiah, professeur agrégé de génie mécanique et auteur principal de l'étude, Université du Minnesota

Généralement, ce type de recherche nécessite des techniciens hautement qualifiés pour réaliser la microinjection, ce que de nombreux laboratoires ne disposent pas. Cette nouvelle technologie pourrait accroître la capacité de mener de grandes expériences en laboratoire tout en réduisant les délais et les coûts.

"C'est très excitant pour le monde de la génétique. L'écriture et la lecture de l'ADN se sont considérablement améliorées ces dernières années, mais cette technologie élargira notre capacité à mener des expériences génétiques à grande échelle sur une variété d'organismes", a déclaré Daryl Gohl, co-auteur de l'étude, chef de groupe du laboratoire d'innovation du centre de génomique de l'Université du Minnesota et professeur adjoint de recherche au département de génétique, de biologie cellulaire et de développement.

En plus d’être utilisée dans des expériences génétiques, cette technologie peut également contribuer à conserver des espèces menacées grâce à la cryoconservation, une technique de conservation réalisée à des températures extrêmement basses.

"Avec ce robot, vous pouvez injecter des nanoparticules dans les cellules et les tissus, ce qui facilite la cryoconservation et le processus de réchauffement ultérieur", a expliqué Kodandaramaiah.

D’autres membres de l’équipe ont souligné d’autres applications de la technologie qui pourraient avoir un impact encore plus important.

"Nous espérons que cette technologie pourra éventuellement être utilisée pour la fécondation in vitro, où vous pourrez détecter ces œufs à une échelle microscopique", a déclaré Andrew Alegria, co-auteur principal de l'article et associé de recherche en biodétection au laboratoire de génie mécanique et de biorobotique de l'Université du Minnesota.

Outre Kodandaramaiah, Gohl, Alegria et Joshi, l'équipe comprenait plusieurs chercheurs du Collège des sciences et de l'ingénierie de l'Université du Minnesota et du laboratoire d'innovation du Centre de génomique de l'Université du Minnesota. L'équipe a récemment remporté le concours de sciences de la vie Walleye Tank de l'université. Ce concours de pitch dans le domaine des sciences de la vie offre des opportunités éducatives et promotionnelles aux entreprises médicales et des sciences de la vie émergentes et établies.

Cette recherche a été menée en collaboration avec le Centre de recherche en ingénierie pour les technologies avancées pour la préservation des systèmes biologiques (ATP-Bio) et le Zebrafish Core de l’Université du Minnesota.

Le travail a été financé par les National Institutes of Health, le Minnesota Sea Grant et la National Science Foundation. Un soutien supplémentaire a été fourni par la subvention pour la diversité des points de vue et des expériences (DOVE) de l’Université du Minnesota et par la subvention pour l’économie de la découverte, de la recherche et de l’innovation (MnDRIVE) du Minnesota de l’Institut informatique de l’Université du Minnesota (UMII).

Sources :