Wetenschap
Geautomatiseerde machine learning-robot ontsluit nieuw potentieel voor genetisch onderzoek
Onderzoekers van Twin Cities van de Universiteit van Minnesota hebben een robot gebouwd die machinaal leren gebruikt om een ingewikkeld micro-injectieproces dat wordt gebruikt in genetisch onderzoek volledig te automatiseren.
In hun experimenten konden de onderzoekers deze geautomatiseerde robot gebruiken om de genetica van meercellige organismen, waaronder fruitvlieg- en zebravisembryo's, te manipuleren. De technologie zal laboratoria tijd en geld besparen en hen in staat stellen gemakkelijker nieuwe, grootschalige genetische experimenten uit te voeren die voorheen niet mogelijk waren met handmatige technieken
Het onderzoek, getiteld "High-throughput genetische manipulatie van meercellige organismen met behulp van een machinaal geleide embryonale micro-injectierobot", staat op de cover van GENETICS van april 2024. , een open access tijdschrift. Het werk werd mede geleid door twee afgestudeerde studenten werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota, Andrew Alegria en Amey Joshi. Het team werkt er ook aan om deze technologie te commercialiseren, zodat deze breed beschikbaar wordt via de start-up van de Universiteit van Minnesota, Objective Biotechnology.
Micro-injectie is een methode om cellen, genetisch materiaal of andere middelen rechtstreeks in embryo's, cellen of weefsels te introduceren met behulp van een zeer fijne pipet. De onderzoekers hebben de robot getraind om embryo's te detecteren die een honderdste keer zo groot zijn als een rijstkorrel. Na detectie kan de machine een pad berekenen en het injectieproces automatiseren.
"Dit nieuwe proces is robuuster en reproduceerbaarder dan handmatige injecties", zegt Suhasa Kodandaramaiah, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota en senior auteur van het onderzoek. "Met dit model kunnen individuele laboratoria nieuwe experimenten bedenken die je zonder dit soort technologie niet zou kunnen doen."
Normaal gesproken vereist dit soort onderzoek zeer bekwame technici om de micro-injectie uit te voeren, waarover veel laboratoria niet beschikken. Deze nieuwe technologie zou de mogelijkheid kunnen vergroten om grote experimenten in laboratoria uit te voeren, terwijl de tijd en kosten worden verlaagd.
"Dit is heel spannend voor de wereld van de genetica. Het schrijven en lezen van DNA is de afgelopen jaren drastisch verbeterd, maar het hebben van deze technologie zal ons vermogen vergroten om grootschalige genetische experimenten uit te voeren in een breed scala aan organismen", zegt Daryl Gohl, een van de onderzoekers. co-auteur van de studie, groepsleider van het Innovation Lab van het University of Minnesota Genomics Center en onderzoeksassistent-professor bij de afdeling Genetica, Celbiologie en Ontwikkeling.
Deze technologie kan niet alleen worden gebruikt in genetische experimenten, maar kan ook helpen bij het behoud van bedreigde diersoorten door middel van cryopreservatie, een conserveringstechniek die wordt uitgevoerd bij ultralage temperaturen.
"Je kunt deze robot gebruiken om nanodeeltjes in cellen en weefsels te injecteren, wat helpt bij cryopreservatie en bij het proces van opwarming daarna", legt Kodandaramaiah uit.
Andere teamleden benadrukten andere toepassingen van de technologie die nog meer impact zouden kunnen hebben.
"We hopen dat deze technologie uiteindelijk kan worden gebruikt voor in-vitrofertilisatie, waarbij je die eieren op microschaalniveau kunt detecteren", zegt Andrew Alegria, co-hoofdauteur van het artikel en onderzoeksassistent werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Minnesota bij de Biosensing-afdeling. en Biorobotics Lab.
Naast Kodandaramaiah, Gohl, Alegria en Joshi bestond het team uit verschillende onderzoekers van het College of Science and Engineering van de University of Minnesota en het Innovation Lab van het University of Minnesota Genomics Center. Het team heeft onlangs de life science-wedstrijd "Walleye Tank" van de universiteit gewonnen. Deze life science pitch-wedstrijd biedt onderwijs- en promotiemogelijkheden voor opkomende en gevestigde medische en life science-bedrijven.
Dit onderzoek werd voltooid in samenwerking met het Engineering Research Center for Advanced Technologies for the Preservation of Biological Systems (ATP-Bio) en de Zebrafish Core van de Universiteit van Minnesota.