Robotul alimentat de învățare automată eficientizează procesul de cercetare genetică

Robotul alimentat de învățare automată eficientizează procesul de cercetare genetică

Cercetătorii de la Universitatea din Minnesota Twin Cities au construit un robot care utilizează învățarea automată pentru a automatiza complet un proces complicat de microinjecție utilizat în cercetarea genetică.

În experimentele lor, cercetătorii au reușit să folosească acest robot automat pentru a manipula genetica organismelor multicelulare, inclusiv embrionii de mușcă a fructelor și de pește zebra. Tehnologia va economisi timp și bani laboratoarelor, permițându-le în același timp să efectueze mai ușor experimente genetice noi, la scară largă, care anterior nu erau posibile folosind tehnici manuale.

Cercetarea este prezentată pe coperta numărului din aprilie 2024GENETICAo revistă științifică cu acces deschis, revizuită de colegi. Lucrarea a fost condusă împreună de studenții la inginerie mecanică de la Universitatea din Minnesota, Andrew Alegria și Amey Joshi. Echipa lucrează, de asemenea, la comercializarea acestei tehnologii pentru a o face disponibilă pe scară largă prin intermediul startup-ului Objective Biotechnology de la Universitatea din Minnesota.

Microinjecția este o metodă de introducere a celulelor, materialului genetic sau alți agenți direct în embrioni, celule sau țesut folosind o pipetă foarte fină. Cercetătorii l-au antrenat pe robot să recunoască embrionii care au o sutime din dimensiunea unui bob de orez. Odată detectată, mașina poate calcula o cale și automatiza procesul de injecție.

Această nouă procedură este mai robustă și mai reproductibilă decât injecțiile manuale. Acest model va permite laboratoarelor individuale să-și imagineze noi experimente care nu ar fi posibile fără acest tip de tehnologie.”

Suhasa Kodandaramaiah, profesor asociat de inginerie mecanică și autor principal al studiului, Universitatea din Minnesota

În mod obișnuit, acest tip de cercetare necesită tehnicieni înalt pregătiți pentru a efectua microinjecția, pe care multe laboratoare nu o au. Această nouă tehnologie ar putea extinde capacitatea de a efectua experimente mari în laboratoare, reducând în același timp timpul și costurile.

„Acest lucru este foarte interesant pentru lumea geneticii. Scrierea și citirea ADN-ului s-a îmbunătățit dramatic în ultimii ani, dar această tehnologie ne va extinde capacitatea de a efectua experimente genetice la scară largă pe o varietate de organisme”, a spus Daryl Gohl, co-autor al studiului, lider de grup al Laboratorului de inovare al Centrului de Genomică al Universității din Minnesota și profesor asistent de cercetare în Genetică și Genetică Biologie.

Pe lângă faptul că este folosită în experimente genetice, această tehnologie poate ajuta și la conservarea speciilor pe cale de dispariție prin crioconservare, o tehnică de conservare realizată la temperaturi extrem de scăzute.

„Cu acest robot, puteți injecta nanoparticule în celule și țesuturi, ceea ce ajută la crioconservare și la procesul de reîncălzire ulterior”, a explicat Kodandaramaiah.

Alți membri ai echipei au evidențiat alte aplicații ale tehnologiei care ar putea avea un impact și mai mare.

„Sperăm că această tehnologie ar putea fi folosită în cele din urmă pentru fertilizarea in vitro, unde puteți detecta aceste ouă la microscală”, a spus Andrew Alegria, co-autor principal al lucrării și asociat de cercetare în biosensing la Laboratorul de Inginerie Mecanică și Biorobotică de la Universitatea din Minnesota.

Pe lângă Kodandaramaiah, Gohl, Alegria și Joshi, echipa a inclus mai mulți cercetători de la Colegiul de Știință și Inginerie al Universității din Minnesota și de la Laboratorul de inovare al Centrului de Genomică al Universității din Minnesota. Echipa a câștigat recent competiția de științe a vieții Walleye Tank a universității. Această competiție de prezentare în știința vieții oferă oportunități educaționale și promoționale pentru companiile emergente și consacrate din domeniul medical și din știința vieții.

Această cercetare a fost realizată în colaborare cu Centrul de Cercetare în Inginerie pentru Tehnologii Avansate pentru Conservarea Sistemelor Biologice (ATP-Bio) și Centrul de pește zebra de la Universitatea din Minnesota.

Lucrarea a fost finanțată de National Institutes of Health, Minnesota Sea Grant și National Science Foundation. Sprijin suplimentar a fost oferit de grantul pentru Diversitatea de opinii și experiențe (DOVE) al Universității din Minnesota și grantul pentru Discovery, Research, and Innovation Economy (MnDRIVE) din Minnesota de la Institutul de Informatică al Universității din Minnesota (UMII).

Surse: