Robotski sistem AGAMEDE, ki so ga razvili na Inštitutu za bioorgansko kemijo Poljske akademije znanosti v sodelovanju z Mitsubishi Electric, Labomatica in Perlan Technologies, pospešuje diagnosticiranje SARS-CoV-2. Zahvaljujoč napredni tehnologiji avtomatizacije, opremljeni z umetno inteligenco, lahko sistem testira 15 tisoč vzorcev na dan. tehnologija; Lahko se uporablja tudi na drugih področjih uporabe, kot so raziskave novih zdravil, prilagojeno zdravljenje raka in celo razvoj kozmetičnih formul.
AGAMEDE, ki velja za prvo žensko znanstvenico v zgodovini, je bila navdih za ime sistema za avtomatizacijo laboratorijev, ki so ga razvili na Inštitutu za bioorgansko kemijo Poljske akademije znanosti. Medtem ko je avtomatizacija laboratorijskih procesov običajna praksa, je robotski sistem AGAMEDE začel ponujati edinstveno eksperimentalno okolje z zaprto zanko z združevanjem avtomatizacije in umetne inteligence (AI). Roboti, ki pripravljajo poskuse, ob določenem času berejo rezultate s programsko opremo Labomatica Gene GameTM, po drugi strani pa interpretirajo podatke in samostojno pripravijo naslednji poskusni cikel. Tako preostanejo raziskovalci le še naloga definiranja vprašanja, načrtovanja eksperimentalnega sistema in spremljanja nemotenega delovanja sistema. Po drugi strani pa robot AGAMEDE deluje 24 ur na dan, da eksperimentira in poroča o rezultatih.
Kombinacija umetne inteligence in avtomatizacije v sistemu, ki lahko proizvaja rezultate pri visokih hitrostih, izstopa kot preboj. Večina avtomatiziranih visokohitrostnih izhodnih sistemov zahteva, da operater prebere rezultate in načrtuje naslednjo serijo poskusov po končanem ciklu. AGAMEDE pa lahko to naredi samostojno brez človekovega posredovanja.
"Zahvaljujoč modulu umetne inteligence AGAMEDE interpretira eksperimente brez človeškega posredovanja samo na podlagi matematičnih modelov," je povedal izumitelj in glavni inženir sistema prof. dr. Radoslaw Pilarski je svoje besede nadaljeval takole: »Sistem; Uporablja se lahko v centralnih diagnostičnih laboratorijih, farmacevtskih podjetjih, ki razvijajo zdravila, in onkoloških laboratorijih, ki raziskujejo specifične terapije za bolnike, kot tudi v oddelkih za raziskave in razvoj kemičnih in biotehnoloških podjetij za optimizacijo bioprocesov.
Razvito za projekt EPICELL
Dela AGAMEDE so se začela leta 2015 v okviru IBCH PAS. Sistem je bil razvit predvsem za projekt EPICELL, ki ga financira Nacionalni raziskovalno-razvojni center v okviru programa STRATEGMED »Preprečevanje in zdravljenje bolezni sodobnega časa«. Cilj projekta je bil razviti optimiziran medij za kulturo kardiomiocitov. Glavni izziv v tej študiji je bilo število poskusov, potrebnih za oblikovanje ustrezne mešanice epigenetskih modulatorjev majhnih molekul. Na primer, formula z desetimi sestavinami in desetimi različnimi koncentracijami zahteva 10 milijonov poskusov. AGAMEDE je bil na tej točki uporabljen za iskanje prave kombinacije komponent v večdimenzionalnem sistemu rešitev. S tem smo izboljšali vsebino medija za reprogramiranje EPICELL One.
Na dan lahko opravi 15 testov.
Direktor IBCH/PAS je navedel, da IBCH PAS že od svoje ustanovitve dela na nukleinskih kislinah RNA in DNK ter da ima vso opremo in objekte, potrebne za diagnostične procese SARS-CoV-2, direktor IBCH/PAS prof. Marek Figlerovicz; »Naš inštitut je kot prvi na Poljskem razvil test za odkrivanje SARS-CoV-2. Kmalu zatem smo se odločili združiti zmožnosti avtomatizacije AGAMEDE z našimi testi in razvili hitri diagnostični protokol, ki nam je omogočil testiranje 15 vzorcev na dan. Čeprav nimamo akreditiranega diagnostičnega laboratorija, smo dosegli neverjeten rezultat, saj lahko človek na dan analizira največ več sto vzorcev. Z AGAMEDE smo lahko opravili 15 tisoč testov,« je povedal.
Roboti, PLC in programsko opremo Mitsubishi Electric
Projekt AGAMEDE, ki se izvaja s podporo tehnoloških partnerjev Mitsubishi Electric, Labomatica in Perlan Techologies, je uporabljal Mitsubishi Electricov 6-osni robot, krmilnike PLC in programsko opremo MELFA Basic. Industrijski robot z dolgo roko je glavna komponenta sistema. S pomočjo integriranega robotskega orodja lahko robot izvaja mikro eksperimente na 96 in 384 vdolbinicah za mikroanalizo, pri čemer posnema delo laboratorijskega tehnika, ki nenehno uporablja analitično opremo. Za to se uporabljajo eksperimentalni protokoli, ki jih operater vnese v nadzorno programsko opremo.
V aplikaciji so bili uporabljeni tudi industrijski inkubatorji celičnih kultur, podajalniki plošč in konic, pipetacijske postaje, etiketirke, skenerji črtne kode, tesnilniki plošč, fluorescenčni čitalniki in spektrofotometri. V sistem AGAMEDE je vključen avtomatski konfokalni mikroskop HCA s štirimi fluorescenčnimi kanali kot osvetljevalno napravo. Za svet biotehnologije ta naprava predstavlja mikrokozmosov ekvivalent teleskopa Hubble. Namesto astronomskih objektov analizira na milijone celičnih in tkivnih struktur tako, da jih fotografira z enako kakovostjo in učinkovitostjo. Naprava je opremljena z akustičnim difuzorjem, ki dovaja tekočino v nanolitrskem (milijontnem mililitru) območju. Hitra dostava tako majhnih količin tekočin zmanjša stroške raziskav in poveča hitrost dela. Na ta način je mogoče v kratkem času izvesti poskuse z uporabo zbirke več kot 115 kemikalij.
Izkušnje svetovne moči Mitsubishi Electric
Poudarja, da so imeli koristi od mednarodnih izkušenj pri implementaciji tako naprednega sistema, v katerem roboti in laboratorijska oprema prvič sodelujejo na Poljskem, koordinator rešitev sektorja življenjskih znanosti Mitsubishi Electric Poland Roman Janik; “Podpora globalne organizacije Mitsubishi Electric, ki se zavzema za inovativne projekte, je bila pri tem projektu izjemno v pomoč. Vsi smo trdo delali v kratkem času, da smo razvili rešitev, ki bi laboratorijske tehnike čim hitreje olajšala, in lahko smo dostavili 100 vzorcev na teden. "To je bil za nas neverjeten rezultat."
Združuje številne discipline
Projekt AGAMEDE je interdisciplinaren in združuje svetove robotike, računalništva, industrijskega oblikovanja, matematike, biologije in kemije; Inženir Mitsubishi Electric Robotics Tomasz Scholz, ki je dejal, da bi šlo za kompleksen projekt tudi brez časovne stiske, je svoje besede nadaljeval takole: »Rešitve, ki smo jih uporabili za ta projekt, so inovativne in edinstvene... Tako kot pri mnogih projektih je bil največji izziv definiranje cilj in kako bi dosegli cilj. Odgovor je bil najti skupen tehnični jezik, v katerem bi ljudje z različnih strokovnih področij lahko komunicirali na isti ravni in razjasnili pričakovanja. Premostiti akademski svet, ki razmišlja abstraktno, in industrijski svet, ki običajno sledi fiksnemu sistemu, je pogosto težka naloga, vendar nam je uspelo.
Novi pristopi pri načrtovanju laboratorijev
Ob navedbi, da se AGAMEDE s svojo zasnovo nanaša na staro Grčijo, je prof. dr. Radosław Pilarski je poudaril, da so pri načrtovanju pripisali tudi pomen laboratorijskemu območju, kamor je sistem umeščen, in zaključil z besedami: »Čista soba, ki se uporablja za aseptično celično kulturo in je v večini laboratorijev brez oken, je ločena od uveljavljenih standardov tako, da daje je popolnoma nov videz. Zahvaljujoč skrbno zaprtim velikim oknom je okolje dobro osvetljeno. Z dodanimi steklenimi ploščami je zagotovljeno, da je sistem pod nenehnim opazovanjem in kontrolo brez nošenja kombinezonov za čiste prostore. Poleg tega je mogoče zahvaljujoč monitorjem in kameram visoke ločljivosti 4K, uporabljenim v študiji, AGAMEDE in eksperimente gledati na daljavo od koder koli na svetu.«
Najprej komentirajte