Robô alimentado por aprendizado de máquina agiliza o processo de pesquisa genética

Robô alimentado por aprendizado de máquina agiliza o processo de pesquisa genética

Pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities construíram um robô que usa aprendizado de máquina para automatizar totalmente um complicado processo de microinjeção usado em pesquisas genéticas.

Em seus experimentos, os pesquisadores conseguiram usar esse robô automatizado para manipular a genética de organismos multicelulares, incluindo embriões de mosca-das-frutas e peixes-zebra. A tecnologia economizará tempo e dinheiro aos laboratórios, ao mesmo tempo que lhes permitirá conduzir mais facilmente novos experimentos genéticos em grande escala que antes não eram possíveis usando técnicas manuais.

A pesquisa é capa da edição de abril de 2024GENÉTICAuma revista científica revisada por pares e de acesso aberto. O trabalho foi co-liderado pelos estudantes de engenharia mecânica da Universidade de Minnesota, Andrew Alegria e Amey Joshi. A equipe também está trabalhando na comercialização dessa tecnologia para torná-la amplamente disponível por meio da startup Objective Biotechnology da Universidade de Minnesota.

A microinjeção é um método de introdução de células, material genético ou outros agentes diretamente em embriões, células ou tecidos usando uma pipeta muito fina. Os pesquisadores treinaram o robô para reconhecer embriões com um centésimo do tamanho de um grão de arroz. Uma vez detectada, a máquina pode calcular um caminho e automatizar o processo de injeção.

Este novo procedimento é mais robusto e reprodutível do que as injeções manuais. Este modelo permitirá que laboratórios individuais imaginem novos experimentos que não seriam possíveis sem este tipo de tecnologia.”

Suhasa Kodandaramaiah, professor associado de engenharia mecânica e autor sênior do estudo, Universidade de Minnesota

Normalmente, esse tipo de pesquisa exige técnicos altamente treinados para realizar a microinjeção, o que muitos laboratórios não possuem. Esta nova tecnologia poderia expandir a capacidade de realizar grandes experimentos em laboratórios, reduzindo ao mesmo tempo tempo e custos.

"Isso é muito emocionante para o mundo da genética. Escrever e ler DNA melhorou dramaticamente nos últimos anos, mas esta tecnologia expandirá nossa capacidade de conduzir experimentos genéticos em larga escala em uma variedade de organismos", disse Daryl Gohl, co-autor do estudo, líder do grupo do Laboratório de Inovação do Centro de Genômica da Universidade de Minnesota e professor assistente de pesquisa no Departamento de Genética, Biologia Celular e Desenvolvimento.

Além de ser utilizada em experimentos genéticos, essa tecnologia também pode ajudar na conservação de espécies ameaçadas de extinção por meio da criopreservação, técnica de preservação realizada em temperaturas extremamente baixas.

“Com este robô, é possível injetar nanopartículas em células e tecidos, o que auxilia na criopreservação e no posterior processo de reaquecimento”, explicou Kodandaramaiah.

Outros membros da equipe destacaram outras aplicações da tecnologia que poderiam ter um impacto ainda maior.

“Esperamos que esta tecnologia possa eventualmente ser usada para fertilização in vitro, onde será possível detectar esses óvulos em microescala”, disse Andrew Alegria, co-autor principal do artigo e pesquisador associado em biossensor no Laboratório de Engenharia Mecânica e Biorobótica da Universidade de Minnesota.

Além de Kodandaramaiah, Gohl, Alegria e Joshi, a equipe incluiu vários pesquisadores da Faculdade de Ciência e Engenharia da Universidade de Minnesota e do Laboratório de Inovação do Centro de Genômica da Universidade de Minnesota. A equipe venceu recentemente a competição de ciências biológicas Walleye Tank da universidade. Esta competição de ciências biológicas oferece oportunidades educacionais e promocionais para empresas médicas e de ciências biológicas emergentes e estabelecidas.

Esta pesquisa foi conduzida em colaboração com o Centro de Pesquisa de Engenharia para Tecnologias Avançadas para a Preservação de Sistemas Biológicos (ATP-Bio) e o Zebrafish Core da Universidade de Minnesota.

O trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, Minnesota Sea Grant e pela National Science Foundation. Apoio adicional foi fornecido pela doação de Diversidade de Visões e Experiências (DOVE) da Universidade de Minnesota e pela doação de Economia de Descoberta, Pesquisa e Inovação de Minnesota (MnDRIVE) do Instituto de Informática da Universidade de Minnesota (UMII).

Fontes: