Un robot basato sull’apprendimento automatico semplifica il processo di ricerca genetica

Un robot basato sull’apprendimento automatico semplifica il processo di ricerca genetica

I ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities hanno costruito un robot che utilizza l’apprendimento automatico per automatizzare completamente un complicato processo di microiniezione utilizzato nella ricerca genetica.

Nei loro esperimenti, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare questo robot automatizzato per manipolare la genetica di organismi multicellulari, inclusi il moscerino della frutta e gli embrioni di pesce zebra. La tecnologia farà risparmiare tempo e denaro ai laboratori, consentendo loro di condurre più facilmente nuovi esperimenti genetici su larga scala che in precedenza non erano possibili utilizzando tecniche manuali

La ricerca è presentata sulla copertina del numero di aprile 2024GENETICAuna rivista scientifica peer-reviewed e ad accesso aperto. Il lavoro è stato co-diretto dagli studenti di ingegneria meccanica dell’Università del Minnesota Andrew Alegria e Amey Joshi. Il team sta anche lavorando alla commercializzazione di questa tecnologia per renderla ampiamente disponibile attraverso la startup Objective Biotechnology dell’Università del Minnesota.

La microiniezione è un metodo per introdurre cellule, materiale genetico o altri agenti direttamente negli embrioni, nelle cellule o nei tessuti utilizzando una pipetta molto fine. I ricercatori hanno addestrato il robot a riconoscere embrioni grandi un centesimo di un chicco di riso. Una volta rilevato, la macchina può calcolare un percorso e automatizzare il processo di iniezione.

Questa nuova procedura è più robusta e riproducibile delle iniezioni manuali. Questo modello consentirà ai singoli laboratori di immaginare nuovi esperimenti che non sarebbero possibili senza questo tipo di tecnologia”.

Suhasa Kodandaramaiah, professore associato di ingegneria meccanica e autore senior dello studio, Università del Minnesota

In genere, questo tipo di ricerca richiede tecnici altamente qualificati per eseguire la microiniezione, cosa che molti laboratori non dispongono. Questa nuova tecnologia potrebbe espandere la capacità di condurre esperimenti di grandi dimensioni nei laboratori riducendo tempi e costi.

"Questo è molto entusiasmante per il mondo della genetica. La scrittura e la lettura del DNA sono migliorate notevolmente negli ultimi anni, ma questa tecnologia amplierà la nostra capacità di condurre esperimenti genetici su larga scala su una varietà di organismi", ha affermato Daryl Gohl, coautore dello studio, capogruppo dell'Innovation Lab del Genomics Center dell'Università del Minnesota e professore assistente di ricerca presso il Dipartimento di Genetica, Biologia Cellulare e Sviluppo.

Oltre ad essere utilizzata negli esperimenti genetici, questa tecnologia può anche aiutare a conservare le specie in via di estinzione attraverso la crioconservazione, una tecnica di conservazione effettuata a temperature estremamente basse.

"Con questo robot è possibile iniettare nanoparticelle in cellule e tessuti, il che aiuta nella crioconservazione e nel successivo processo di riscaldamento", ha spiegato Kodandaramaiah.

Altri membri del team hanno evidenziato altre applicazioni della tecnologia che potrebbero avere un impatto ancora maggiore.

"Ci auguriamo che questa tecnologia possa eventualmente essere utilizzata per la fecondazione in vitro, dove è possibile rilevare queste uova su microscala", ha affermato Andrew Alegria, co-autore principale dell'articolo e ricercatore associato in biosensing presso l'Università del Minnesota Mechanical Engineering and Biorobotics Laboratory.

Oltre a Kodandaramaiah, Gohl, Alegria e Joshi, il team comprendeva diversi ricercatori del College of Science and Engineering dell'Università del Minnesota e dell'Innovation Lab dell'Università del Minnesota Genomics Center. Il team ha recentemente vinto il concorso universitario di scienze della vita Walleye Tank. Questo concorso di scienze della vita offre opportunità educative e promozionali per aziende mediche e di scienze della vita emergenti e affermate.

Questa ricerca è stata condotta in collaborazione con il Centro di ricerca ingegneristica per le tecnologie avanzate per la conservazione dei sistemi biologici (ATP-Bio) e l'Università del Minnesota Zebrafish Core.

Il lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health, dal Minnesota Sea Grant e dalla National Science Foundation. Ulteriore supporto è stato fornito dalla sovvenzione Diversity of Views and Experiences (DOVE) dell’Università del Minnesota e dalla sovvenzione Discovery, Research, and Innovation Economy (MnDRIVE) del Minnesota dell’Università del Minnesota Informatics Institute (UMII).

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