A gépi tanulással hajtott robot leegyszerűsíti a genetikai kutatási folyamatot

A gépi tanulással hajtott robot leegyszerűsíti a genetikai kutatási folyamatot

A University of Minnesota Twin Cities kutatói olyan robotot építettek, amely gépi tanulást használ a genetikai kutatásban használt bonyolult mikroinjekciós folyamat teljes automatizálására.

Kísérleteik során a kutatók képesek voltak ezzel az automatizált robottal manipulálni a többsejtű szervezetek genetikáját, beleértve a gyümölcslegyeket és a zebrahal embriókat. A technológia időt és pénzt takarít meg a laboratóriumoknak, ugyanakkor lehetővé teszi számukra, hogy könnyebben végezzenek olyan új, nagy léptékű genetikai kísérleteket, amelyek korábban nem voltak lehetségesek manuális technikákkal.

A kutatás a 2024. áprilisi szám borítóján szerepelGENETIKAlektorált, nyílt hozzáférésű tudományos folyóirat. A munkát a Minnesota Egyetem gépészmérnök hallgatói, Andrew Alegria és Amey Joshi közösen vezették. A csapat a technológia kereskedelmi forgalomba hozatalán is dolgozik, hogy széles körben elérhetővé tegye a University of Minnesota Objective Biotechnology induló vállalkozásán keresztül.

A mikroinjekció olyan módszer, amellyel sejteket, genetikai anyagot vagy más ágenseket juttatnak be közvetlenül embriókba, sejtekbe vagy szövetekbe nagyon finom pipettával. A kutatók arra képezték ki a robotot, hogy felismerje azokat az embriókat, amelyek mérete egy század rizsszem. Az észlelést követően a gép kiszámíthatja az útvonalat, és automatizálhatja a befecskendezési folyamatot.

Ez az új eljárás robusztusabb és reprodukálhatóbb, mint a kézi injekciók. Ez a modell lehetővé teszi az egyes laboratóriumok számára, hogy olyan új kísérleteket képzeljenek el, amelyek nem lennének lehetségesek az ilyen típusú technológia nélkül.”

Suhasa Kodandaramaiah, a gépészmérnök docens és a tanulmány vezető szerzője, a Minnesota Egyetem

Az ilyen típusú kutatásokhoz általában magasan képzett technikusokra van szükség a mikroinjekció elvégzéséhez, amivel sok laboratórium nem rendelkezik. Ez az új technológia kiterjesztheti a nagyméretű kísérletek laboratóriumi lefolytatásának lehetőségét, miközben csökkenti az időt és a költségeket.

"Ez nagyon izgalmas a genetika világa számára. A DNS írása és olvasása drámaian javult az elmúlt években, de ez a technológia kibővíti képességünket, hogy nagyszabású genetikai kísérleteket végezzünk különféle organizmusokon" - mondta Daryl Gohl, a tanulmány társszerzője, a Minnesota Egyetem Genomikai Központ Innovációs Laboratóriumának csoportvezetője, valamint a Cell Geneológiai Fejlesztési Tanszékének kutatási adjunktusa.

Amellett, hogy genetikai kísérletekben használják, ez a technológia segíthet a veszélyeztetett fajok megőrzésében is a mélyhűtéssel, ami egy rendkívül alacsony hőmérsékleten végzett tartósítási technika.

"Ezzel a robottal nanorészecskéket fecskendezhet be sejtekbe és szövetekbe, ami segít a mélyhűtésben és az azt követő felmelegítési folyamatban" - magyarázta Kodandaramaiah.

A csapat többi tagja kiemelte a technológia más olyan alkalmazásait, amelyek még nagyobb hatást gyakorolhatnak.

"Reméljük, hogy ezt a technológiát végül in vitro megtermékenyítésre is fel lehet használni, ahol ezeket a petéket mikroskálán is kimutathatják" - mondta Andrew Alegria, a tanulmány társszerzője és a Minnesota Egyetem Gépészmérnöki és Biorobotikai Laboratóriumának bioszenzációval foglalkozó kutatója.

Kodandaramaiah, Gohl, Alegria és Joshi mellett a csapatban több kutató is helyet kapott a Minnesota Egyetem Tudományos és Mérnöki Főiskolájáról, valamint a Minnesota Egyetem Genomikai Központjának innovációs laborjából. A csapat nemrég megnyerte az egyetem Walleye Tank élettudományi versenyét. Ez az élettudományi pitch verseny oktatási és promóciós lehetőségeket kínál feltörekvő és bejáratott orvosi és élettudományi vállalatok számára.

Ezt a kutatást a Biológiai Rendszerek Megőrző Technológiáinak Műszaki Kutatóközpontjával (ATP-Bio) és a Minnesota Egyetem Zebrafish Core-jával együttműködve végezték.

A munkát a National Institutes of Health, a Minnesota Sea Grant és a National Science Foundation finanszírozta. További támogatást a University of Minnesota Diversity of Views and Experiences (DOVE) pályázata és a Minnesota Felfedezési, Kutatási és Innovációs Gazdasági (MnDRIVE) pályázata a Minnesota Egyetem Informatikai Intézetétől (UMII).

Források: