Robotsystemet AGAMEDE, utvecklat vid Institutet för bioorganisk kemi vid den polska vetenskapsakademin i samarbete med Mitsubishi Electric, Labomatica och Perlan Technologies, påskyndar diagnosen SARS-CoV-2. Tack vare avancerad automationsteknik utrustad med artificiell intelligens har systemet kapacitet att testa 15 tusen prover per dag. Teknologi; Det kan också användas inom andra applikationsområden som forskning om nya läkemedel, personliga cancerbehandlingar och till och med utveckling av kosmetiska formler.
AGAMEDE, som anses vara den första kvinnliga vetenskapsmannen i historien, var inspirationen till namnet som gavs till det laboratorieautomationssystem som utvecklats vid Institutet för bioorganisk kemi vid den polska vetenskapsakademin. Även om automatisering av laboratorieprocesser är vanlig praxis, har AGAMEDEs robotsystem börjat erbjuda en unik experimentmiljö med sluten loop genom att kombinera automation och artificiell intelligens (AI). Robotarna som förbereder experimenten läser resultaten vid vissa tidpunkter med programvaran Labomatica Gene GameTM, å andra sidan tolkar data och förbereder självständigt nästa experimentcykel. Således lämnas forskare endast med uppgiften att definiera frågan, designa det experimentella systemet och övervaka systemets smidiga funktion. Robot AGAMEDE däremot arbetar 24 timmar om dygnet med att experimentera och rapportera resultaten.
Kombinationen av artificiell intelligens och automation i ett system som kan producera utdata i höga hastigheter framstår som ett genombrott. De flesta automatiserade höghastighetssystem kräver att en operatör läser resultaten och planerar nästa serie experiment efter att en cykel är klar. AGAMEDE, å andra sidan, kan göra detta självständigt utan mänsklig inblandning.
"Tack vare modulen för artificiell intelligens tolkar AGAMEDE experiment utan mänsklig inblandning baserat enbart på matematiska modeller", sa uppfinnaren och chefsingenjören av systemet, Prof. Dr. Radoslaw Pilarski fortsatte sina ord enligt följande: ”Systemet; Den kan användas i centrala diagnostiska laboratorier, läkemedelsföretag som utvecklar medicinska läkemedel och onkologilaboratorier som forskar på patientspecifika terapier, såväl som i FoU-avdelningarna hos kemi- och bioteknikföretag för optimering av bioprocesser."
Utvecklad för EPICELL-projektet
AGAMEDE-arbetet startade 2015 inom IBCH PAS. Systemet utvecklades främst för EPICELL-projektet finansierat av National Research and Development Center under det STRATEGMED "Prevention and Treatment of Modern Age Diseases"-programmet. Målet med projektet var att utveckla ett optimerat medium för kardiomyocytodling. Den stora utmaningen i denna studie var antalet experiment som krävdes för att designa en lämplig blandning av epigenetiska modulatorer med små molekyler. Till exempel kräver en formel med tio ingredienser och tio olika koncentrationer 10 miljoner experiment. AGAMEDE användes vid denna tidpunkt för att söka efter den rätta kombinationen av komponenter i ett flerdimensionellt lösningssystem. Detta förbättrade innehållet i omprogrammeringsmediet EPICELL One.
Den kan göra 15 XNUMX tester om dagen.
IBCH/PAS:s direktör Prof. Marek Figlerowicz; "Vårt institut var först i Polen med att utveckla ett test för upptäckt av SARS-CoV-2. Kort därefter bestämde vi oss för att kombinera AGAMEDEs automationskapacitet med våra tester och utvecklade ett snabbt diagnostiskt protokoll som gjorde det möjligt för oss att testa 2 15 prover om dagen. Även om vi inte har ett ackrediterat diagnoslaboratorium har vi uppnått ett otroligt resultat, eftersom en person som mest kan analysera flera hundra prover på en dag. Med AGAMEDE kunde vi utföra 15 tusen tester”, sa han.
Robotar, PLC och programvara från Mitsubishi Electric
AGAMEDE-projektet, genomfört med stöd av Mitsubishi Electric, Labomatica och Perlan Techologies teknologipartners, använde Mitsubishi Electrics 6-axliga robot, PLC-styrenheter och MELFA Basic-mjukvara. Industriroboten med lång arm är huvudkomponenten i systemet. Med hjälp av ett integrerat robotverktyg kan roboten utföra experiment i mikroskala på 96- och 384-brunnars mikroanalysplattor, och imitera arbetet av en laboratorietekniker som ständigt använder analytisk utrustning. För detta används experimentella protokoll som matats in i kontrollmjukvaran av operatören.
Industriella cellkulturinkubatorer, platt- och spetsmatare, pipetteringsstationer, etiketter, streckkodsläsare, plattförseglare, fluorescensläsare och spektrofotometrar användes också i applikationen. Ett automatiskt konfokalmikroskop HCA med fyra fluorescenskanaler som highlight-enhet ingår i AGAMEDE-systemet. För bioteknikens värld representerar den här enheten mikrokosmos motsvarighet till Hubble-teleskopet. Istället för astronomiska objekt analyserar den miljontals cell- och vävnadsstrukturer genom att fotografera dem med samma kvalitet och effektivitet. Enheten är utrustad med en akustisk diffusor som levererar vätska i intervallet nanoliter (miljondels milliliter). Den snabba leveransen av så små volymer vätskor minskar forskningskostnaderna och ökar arbetshastigheten. På så sätt är det möjligt att genomföra experiment på kort tid med en samling av över 115 XNUMX kemikalier.
Erfarenhet från Mitsubishi Electrics globala styrka
Understryker att de dragit nytta av internationell erfarenhet av att implementera ett så avancerat system där robotar och laboratorieutrustning arbetar tillsammans för första gången i Polen, Mitsubishi Electric Poland Life Sciences Sector Solutions Coordinator Roman Janik; ”Stödet från Mitsubishi Electrics globala organisation, som är engagerad i innovativa projekt, har varit oerhört hjälpsamma i detta projekt. Vi arbetade alla hårt på kort tid för att utveckla en lösning som skulle göra laboratorietekniker tillfreds så snabbt som möjligt, och vi kunde leverera 100 XNUMX prover per vecka. "Det här har varit ett otroligt resultat för oss."
Sammanför många discipliner
AGAMEDE-projektet är tvärvetenskapligt och för samman världarna inom robotik, datavetenskap, industriell design, matematik, biologi och kemi; Mitsubishi Electric Robotics Engineer Tomasz Scholz, som sa att det skulle bli ett komplext projekt även utan tidspress, fortsatte sina ord enligt följande: "Lösningarna vi använde för detta projekt är innovativa och unika... Som i många projekt var den största utmaningen att definiera målet och hur vi skulle nå målet. Svaret var att hitta ett gemensamt fackspråk där personer från olika kompetensområden kunde kommunicera på samma nivå och tydliggöra förväntningar. Att överbrygga den akademiska världen, som tänker i abstrakta termer, och den industriella världen, som vanligtvis följer ett fast system, är ofta en svår uppgift, men vi lyckades.”
Nya tillvägagångssätt i laboratorieplanering
Med angivande av att AGAMEDE hänvisar till antikens Grekland med dess design, säger Prof. Dr. Radosław Pilarski betonade att de även fäste vikt vid laboratorieområdet där systemet är placerat i planeringen och avslutade med att säga: ”Det rena rummet som används för aseptisk cellodling, som är fönsterlöst i de flesta laboratorier, skiljs från etablerade standarder genom att ge det ett helt nytt utseende. Tack vare de noggrant stängda stora fönstren är miljön väl upplyst. Med de extra glaspanelerna säkerställs att systemet hålls under konstant observation och kontroll utan att bära renrumsoveraller. Dessutom, tack vare de högupplösta 4K-monitorerna och kamerorna som används i studien, kan AGAMEDE och experimenten ses på distans från var som helst i världen.”
Var den första att kommentera