Robot poháňaný strojovým učením zefektívňuje proces genetického výskumu

Robot poháňaný strojovým učením zefektívňuje proces genetického výskumu

Výskumníci z University of Minnesota Twin Cities skonštruovali robota, ktorý využíva strojové učenie na plnú automatizáciu komplikovaného mikroinjekčného procesu používaného v genetickom výskume.

Vo svojich experimentoch boli vedci schopní použiť tento automatizovaný robot na manipuláciu s genetikou mnohobunkových organizmov vrátane embryí ovocných mušiek a zebričiek. Táto technológia ušetrí laboratóriám čas a peniaze a zároveň im umožní jednoduchšie vykonávať nové, rozsiahle genetické experimenty, ktoré predtým nebolo možné pomocou manuálnych techník.

Výskum je uvedený na obálke vydania z apríla 2024GENETIKArecenzovaný vedecký časopis s otvoreným prístupom. Prácu viedli študenti strojného inžinierstva z University of Minnesota Andrew Alegria a Amey Joshi. Tím tiež pracuje na komercializácii tejto technológie, aby bola široko dostupná prostredníctvom startupu Objective Biotechnology z University of Minnesota.

Mikroinjekcia je metóda zavádzania buniek, genetického materiálu alebo iných činidiel priamo do embryí, buniek alebo tkanív pomocou veľmi jemnej pipety. Vedci vycvičili robota, aby rozpoznal embryá, ktoré sú stotiny veľkosti zrnka ryže. Po zistení môže stroj vypočítať cestu a automatizovať proces vstrekovania.

Tento nový postup je robustnejší a reprodukovateľnejší ako manuálne injekcie. Tento model umožní jednotlivým laboratóriám predstaviť si nové experimenty, ktoré by bez tohto typu technológie neboli možné.“

Suhasa Kodandaramaiah, docent strojárstva a hlavný autor štúdie, University of Minnesota

Tento typ výskumu zvyčajne vyžaduje vysoko kvalifikovaných technikov na vykonávanie mikroinjekcie, čo mnohé laboratóriá nemajú. Táto nová technológia by mohla rozšíriť schopnosť vykonávať veľké experimenty v laboratóriách a zároveň znížiť čas a náklady.

"Je to veľmi vzrušujúce pre svet genetiky. Zapisovanie a čítanie DNA sa v posledných rokoch dramaticky zlepšilo, ale táto technológia rozšíri našu schopnosť vykonávať rozsiahle genetické experimenty na rôznych organizmoch," povedal Daryl Gohl, spoluautor štúdie, vedúci skupiny Inovačného laboratória Centra genomiky University of Minnesota a odborný asistent výskumu na oddelení genetiky a vývoja, bunkovej biológie.

Okrem použitia v genetických experimentoch môže táto technológia tiež pomôcť zachovať ohrozené druhy prostredníctvom kryokonzervácie, techniky konzervácie vykonávanej pri extrémne nízkych teplotách.

„S týmto robotom môžete vstrekovať nanočastice do buniek a tkanív, čo pomáha pri kryokonzervácii a následnom procese ohrievania,“ vysvetlil Kodandaramaiah.

Ďalší členovia tímu zdôraznili ďalšie aplikácie technológie, ktoré by mohli mať ešte väčší vplyv.

"Dúfame, že táto technológia by sa mohla nakoniec použiť na oplodnenie in vitro, kde by ste mohli tieto vajíčka odhaliť na mikromeradle," povedal Andrew Alegria, spoluautor článku a výskumný pracovník v oblasti biosnímania na University of Minnesota Mechanical Engineering and Biorobotics Laboratory.

Okrem Kodandaramaiah, Gohl, Alegria a Joshi, tím zahŕňal niekoľko výskumníkov z University of Minnesota's College of Science and Engineering a University of Minnesota Genomics Center's Innovation Lab. Tím nedávno vyhral univerzitnú vedeckú súťaž Walleye Tank. Táto súťaž v oblasti biologických vied poskytuje vzdelávacie a propagačné príležitosti pre vznikajúce a etablované spoločnosti v oblasti medicíny a biologických vied.

Tento výskum sa uskutočnil v spolupráci s Inžinierskym výskumným centrom pre pokročilé technológie na ochranu biologických systémov (ATP-Bio) a University of Minnesota Zebrafish Core.

Práca bola financovaná National Institutes of Health, Minnesota Sea Grant a National Science Foundation. Dodatočnú podporu poskytol grant University of Minnesota Diversity of Views and Experiences (DOVE) a grant Minnesota’s Discovery, Research, and Innovation Economy (MnDRIVE) od Inštitútu informatiky University of Minnesota (UMII).

Zdroje: