Maskinlæringsdrevet robot effektiviserer genetiske forskningsprosesser

Maskinlæringsdrevet robot effektiviserer genetiske forskningsprosesser

Forskere ved University of Minnesota Twin Cities har konstruert en robot som bruker maskinlæring for å fullautomatisere en komplisert mikroinjeksjonsprosess som brukes i genetisk forskning.

I sine eksperimenter var forskerne i stand til å bruke denne automatiserte roboten til å manipulere genetikken til flercellede organismer, inkludert fruktflue- og sebrafiskembryoer. Teknologien vil spare laboratorier tid og penger samtidig som de lettere kan gjennomføre nye, storskala genetiske eksperimenter som tidligere ikke var mulig ved bruk av manuelle teknikker

Forskningen er omtalt på forsiden av april 2024-utgavenGENETIKKet fagfellevurdert vitenskapelig tidsskrift med åpen tilgang. Arbeidet ble ledet av University of Minnesota maskiningeniørstudenter Andrew Alegria og Amey Joshi. Teamet jobber også med å kommersialisere denne teknologien for å gjøre den allment tilgjengelig gjennom University of Minnesota oppstart Objective Biotechnology.

Mikroinjeksjon er en metode for å introdusere celler, genetisk materiale eller andre midler direkte inn i embryoer, celler eller vev ved hjelp av en veldig fin pipette. Forskerne trente roboten til å gjenkjenne embryoer som er en hundredel på størrelse med et riskorn. Når den er oppdaget, kan maskinen beregne en bane og automatisere injeksjonsprosessen.

Denne nye prosedyren er mer robust og reproduserbar enn manuelle injeksjoner. Denne modellen vil gjøre det mulig for individuelle laboratorier å forestille seg nye eksperimenter som ikke ville vært mulig uten denne typen teknologi."

Suhasa Kodandaramaiah, førsteamanuensis i maskinteknikk og seniorforfatter av studien, University of Minnesota

Vanligvis krever denne typen forskning høyt kvalifiserte teknikere for å utføre mikroinjeksjonen, noe mange laboratorier ikke har. Denne nye teknologien kan utvide muligheten til å utføre store eksperimenter i laboratorier og samtidig redusere tid og kostnader.

"Dette er veldig spennende for genetikkverdenen. Å skrive og lese DNA har forbedret seg dramatisk de siste årene, men denne teknologien vil utvide vår evne til å gjennomføre genetiske eksperimenter i stor skala på en rekke organismer," sa Daryl Gohl, medforfatter av studien, gruppeleder ved University of Minnesota Genomics Centers Innovation Lab og forskningsassistentprofessor ved Institutt for genetikk og cellebiologi.

I tillegg til å bli brukt i genetiske eksperimenter, kan denne teknologien også bidra til å bevare truede arter gjennom kryokonservering, en konserveringsteknikk som utføres ved ekstremt lave temperaturer.

"Med denne roboten kan du injisere nanopartikler i celler og vev, noe som hjelper til med kryokonservering og den påfølgende oppvarmingsprosessen," forklarte Kodandaramaiah.

Andre teammedlemmer fremhevet andre anvendelser av teknologien som kan ha enda større innvirkning.

"Vi håper at denne teknologien til slutt kan brukes til in vitro-fertilisering, hvor du kan oppdage disse eggene i mikroskala," sa Andrew Alegria, medforfatter av artikkelen og en forsker innen biosensing ved University of Minnesota Mechanical Engineering and Biorobotics Laboratory.

I tillegg til Kodandaramaiah, Gohl, Alegria og Joshi, inkluderte teamet flere forskere fra University of Minnesotas College of Science and Engineering og University of Minnesota Genomics Centers Innovation Lab. Laget vant nylig universitetets Walleye Tank life science-konkurranse. Denne life science pitch-konkurransen gir utdannings- og markedsføringsmuligheter for nye og etablerte medisinske og biovitenskapelige selskaper.

Denne forskningen ble utført i samarbeid med Engineering Research Center for Advanced Technologies for the Preservation of Biological Systems (ATP-Bio) og University of Minnesota Zebrafish Core.

Arbeidet ble finansiert av National Institutes of Health, Minnesota Sea Grant og National Science Foundation. Ytterligere støtte ble gitt av University of Minnesota Diversity of Views and Experiences (DOVE)-stipend og Minnesotas Discovery, Research, and Innovation Economy (MnDRIVE)-stipend fra University of Minnesota Informatics Institute (UMII).

Kilder: