Il sistema robotico AGAMEDE, sviluppato presso l'Istituto di Chimica Bioorganica dell'Accademia Polacca delle Scienze in collaborazione con Mitsubishi Electric, Labomatica e Perlan Technologies, accelera la diagnosi di SARS-CoV-2. Grazie a un'avanzata tecnologia di automazione dotata di intelligenza artificiale, il sistema ha la capacità di testare 15mila campioni al giorno. Tecnologia; Potrebbe anche essere utilizzato in altre aree di applicazione come la ricerca su nuovi farmaci, trattamenti personalizzati contro il cancro e persino lo sviluppo di formule cosmetiche.
Considerata la prima scienziata della storia, AGAMEDE è stata l'ispirazione per il nome dato al sistema di automazione di laboratorio sviluppato presso l'Istituto di Chimica Bioorganica dell'Accademia Polacca delle Scienze. Sebbene l'automazione dei processi di laboratorio sia una pratica comune, il sistema robotico AGAMEDE ha iniziato a offrire un ambiente sperimentale a circuito chiuso unico combinando automazione e intelligenza artificiale (AI). I robot che preparano gli esperimenti leggono i risultati in determinati momenti con il software Labomatica Gene GameTM, invece, interpretano i dati e preparano autonomamente il prossimo ciclo di esperimenti. Pertanto, ai ricercatori rimane solo il compito di definire la domanda, progettare il sistema sperimentale e monitorare il regolare funzionamento del sistema. Robot AGAMEDE, invece, lavora 24 ore su XNUMX per sperimentare e riportare i risultati.
La combinazione di intelligenza artificiale e automazione in un sistema in grado di produrre output ad alta velocità si distingue come una svolta. La maggior parte dei sistemi automatizzati di output ad alta velocità richiedono che un operatore legga i risultati e pianifichi la serie successiva di esperimenti al termine di un ciclo. AGAMEDE, d'altra parte, può farlo in modo indipendente senza l'intervento umano.
"Grazie al modulo di intelligenza artificiale, AGAMEDE interpreta esperimenti senza l'intervento umano basandosi solo su modelli matematici", ha affermato l'inventore e ingegnere capo del sistema, il prof. Dott. Radoslaw Pilarski ha continuato le sue parole come segue: “Il sistema; Può essere utilizzato nei laboratori diagnostici centrali, nelle aziende farmaceutiche che sviluppano farmaci e nei laboratori di oncologia che ricercano terapie specifiche per il paziente, nonché nei dipartimenti di ricerca e sviluppo di aziende chimiche e biotecnologiche per l'ottimizzazione dei bioprocessi".
È stato sviluppato per il progetto EPICELL
I lavori di AGAMEDE sono iniziati nel 2015 all'interno del corpo di IBCH PAS. Il sistema è stato sviluppato principalmente per il progetto EPICELL finanziato dal Centro Nazionale di Ricerca e Sviluppo nell'ambito del programma STRATEGMED “Prevenzione e cura delle malattie dell'età moderna”. Lo scopo del progetto era sviluppare un mezzo ottimizzato per la coltura di cardiomiociti. La sfida principale in questo studio è stata il numero di esperimenti necessari per progettare un mix appropriato di modulatori epigenetici di piccole molecole. Ad esempio, una formula con dieci ingredienti e dieci diverse concentrazioni richiede 10 milioni di esperimenti. A questo punto AGAMEDE è stato utilizzato per cercare la giusta combinazione di componenti in un sistema di soluzioni multidimensionali. Ciò ha migliorato il contenuto del supporto di riprogrammazione EPICELL One.
Può fare 15 test al giorno.
Affermando che IBCH PAS ha lavorato sugli acidi nucleici di RNA e DNA sin dalla sua istituzione e che dispone di tutte le attrezzature e le strutture necessarie per i processi diagnostici SARS-CoV-2, il Direttore di IBCH/PAS Prof. Marek Figlerowicz; “Il nostro istituto è stato il primo in Polonia a sviluppare un test per il rilevamento di SARS-CoV-2. Poco dopo, abbiamo deciso di unire le capacità di automazione di AGAMEDE ai nostri test e abbiamo sviluppato un protocollo diagnostico rapido che ci ha permesso di testare 15 campioni al giorno. Nonostante non disponiamo di un laboratorio diagnostico accreditato, abbiamo raggiunto un risultato incredibile, perché una persona può analizzare al massimo diverse centinaia di campioni in un giorno. Con AGAMEDE siamo stati in grado di eseguire 15mila test”, ha affermato.
Robot, PLC e software forniti da Mitsubishi Electric
Il progetto AGAMEDE, realizzato con il supporto dei partner tecnologici di Mitsubishi Electric, Labomatica e Perlan Techologies, ha utilizzato il robot a 6 assi di Mitsubishi Electric, i controller PLC e il software MELFA Basic. Il robot industriale a braccio lungo è il componente principale del sistema. Con l'ausilio di uno strumento robotico integrato, il robot può eseguire esperimenti su microscala su piastre per microsaggi da 96 e 384 pozzetti, imitando il lavoro di un tecnico di laboratorio che utilizza costantemente apparecchiature analitiche. Per questo vengono utilizzati protocolli sperimentali inseriti nel software di controllo dall'operatore.
Nell'applicazione sono stati utilizzati anche incubatori per colture cellulari industriali, alimentatori per piastre e puntali, stazioni di pipettaggio, etichettatrici, lettori di codici a barre, sigillatrici per piastre, lettori di fluorescenza e spettrofotometri. Nel sistema AGAMEDE è incluso un microscopio confocale automatico HCA con quattro canali di fluorescenza come dispositivo di evidenziazione. Per il mondo delle biotecnologie, questo dispositivo rappresenta l'equivalente microcosmo del telescopio Hubble. Invece di oggetti astronomici, analizza milioni di strutture cellulari e tissutali fotografandole con la stessa qualità ed efficienza. Il dispositivo è dotato di un diffusore acustico che eroga liquido nell'ordine dei nanolitri (milionesimo di millilitro). La rapida erogazione di tali piccoli volumi di liquidi riduce i costi di ricerca e aumenta la velocità di lavoro. In questo modo è possibile effettuare esperimenti in breve tempo utilizzando una raccolta di oltre 115mila sostanze chimiche.
Esperienza dalla forza globale di Mitsubishi Electric
Sottolineando che hanno beneficiato dell'esperienza internazionale nell'implementazione di un sistema così avanzato in cui robot e apparecchiature di laboratorio lavorano insieme per la prima volta in Polonia, Roman Janik, coordinatore delle soluzioni per il settore delle scienze della vita di Mitsubishi Electric Polonia; “Il supporto dell'organizzazione globale di Mitsubishi Electric, impegnata in progetti innovativi, è stato estremamente utile in questo progetto. Abbiamo lavorato tutti sodo in breve tempo per sviluppare una soluzione che mettesse a proprio agio i tecnici di laboratorio il più rapidamente possibile e siamo stati in grado di fornire 100 campioni a settimana. "Questo è stato un risultato incredibile per noi".
Riunendo molte discipline
Il progetto AGAMEDE è interdisciplinare e riunisce i mondi della robotica, dell'informatica, del design industriale, della matematica, della biologia e della chimica; Tomasz Scholz, ingegnere di robotica Mitsubishi Electric, che ha affermato che sarebbe stato un progetto complesso anche senza tempi stretti, ha proseguito le sue parole come segue: “Le soluzioni che abbiamo utilizzato per questo progetto sono innovative e uniche... Come in molti progetti, la sfida più grande è stata definire l'obiettivo e come raggiungeremmo l'obiettivo. La risposta è stata trovare un linguaggio tecnico comune in cui persone provenienti da diversi campi di competenza potessero comunicare allo stesso livello e chiarire le aspettative. Colmare il mondo accademico, che pensa in termini astratti, e il mondo industriale, che tipicamente segue un sistema fisso, è spesso un compito difficile, ma ci siamo riusciti”.
Nuovi approcci nella progettazione di laboratorio
Affermando che AGAMEDE si riferisce all'antica Grecia con il suo design, il prof. Dott. Radosław Pilarski ha sottolineato che hanno anche attribuito importanza all'area del laboratorio in cui è posizionato il sistema nella pianificazione e ha concluso dicendo: "La camera bianca utilizzata per la coltura cellulare asettica, che è priva di finestre nella maggior parte dei laboratori, è separata dagli standard stabiliti fornendo è un look completamente nuovo. Grazie alle ampie finestre accuratamente chiuse, l'ambiente è ben illuminato. Con i pannelli di vetro aggiunti, è garantito che il sistema sia tenuto sotto costante osservazione e controllo senza indossare tute da camera bianca. Inoltre, grazie ai monitor e alle telecamere 4K ad alta risoluzione utilizzati nello studio, AGAMEDE e gli esperimenti possono essere visualizzati in remoto da qualsiasi parte del mondo”.
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