Áttörést jelentő automatizálási megoldás a neurológiai kutatásokban
Az ABB Robotics és az Egyesült Államok egyik legnagyobb gyermekkórháza, a Texas Children's Hospital égisze alatt működő Jan and Dan Duncan Neurológiai Kutatóintézet (Duncan NRI) az innovatív, automatizált Drosophila melanogastert (ecetmuslica) áthelyező munkaállomás kifejlesztésével áttörést ért el az orvosi kutatásban. Az ABB YuMi® nevű együttműködő robotjára (azaz kobotjára) épülő automatizálási megoldás hatékonyan segíti a betegségek, köztük az Alzheimer-, a Huntington- és a Parkinson-kór tanulmányozását.
Ez az első olyan automatizálási megoldás, amely nem igényli, hogy a muslicákat a kémcsőbe történő áttelepítésük előtt anesztézissel, például szén-dioxiddal mozgásképtelenné tegyék. Ez a korábbi automatizálási megoldásoknál hosszadalmas, munkaigényes folyamat volt, ami negatívan befolyásolhatja a muslicák viselkedését és potenciálisan a vizsgálati eredmények pontosságát is.
Az ABB YuMi kobotja ugyanazokat a mozdulatokat végzi, mint a kutatók, finoman megkocogtatja a kémcsövet, és a muslicákat áttelepíti az egyik kémcsőből a másikba, így lehetővé teszi a tudósok számára, hogy a kulcsfontosságú feladatokra, például az új útvonalak felfedezésére és az új gyógyszerek hatékonyságának tesztelésére koncentráljanak a neurológiai rendellenességek gyógymódjainak kutatása során. A megoldásnak köszönhetően nem kell a muslicákat áttelepítés előtt elaltatni, ami javítja a kutatási eredmények pontosságát, és felgyorsítja az áthelyezési folyamatot.
„Az évek során jelentős fejlődést tapasztaltunk a laboratóriumi automatizálás terén, azonban néhány kulcsfontosságú feladatot még mindig kézzel végeznek, ami hatással lehet a kutatási eredményekre” – mondta Jose-Manuel Collados, az ABB Service Robotics Product Line vezetője. „Az ABB YuMi kobotjának karjai önállóan, de összehangoltan dolgoznak, ami lehetővé teszi az élő muslicák kémcsövek közötti áttelepítéséhez kapcsolódó összetett munkafolyamat automatizálását.”
A Drosophila melanogaster, közismert nevén az ecetmuslica, széles körben használatos a biológia különböző területeinek kutatásában, beleértve a genetikát, a fejlődést és a viselkedést. Az ecetmuslica és az ember számos hasonló genetikai és fejlődési markerrel rendelkezik, ezért világszerte használják az emberi neurológiai betegségek vizsgálatában.
A muslicák rutinszerű tenyésztési folyamata során a kutatók úgy táplálják a rovarokat, hogy azokat 30 naponként friss élelmet tartalmazó fiolákba telepítik át. Egy átlagos laboratóriumban körülbelül 20 000 fiolában tenyésztenek muslicákat, és a kutatók a munkanap körülbelül 20 százalékát azzal töltik, hogy a muslicákat "áthelyezik", azaz a muslicákat tartalmazó kémcsövet egy friss élelmet tartalmazó másik fölé helyezik, megkocogtatják, hogy a muslicák átessenek. A folyamat automatizálására tett eddigi kísérletek úgy zajlottak, hogy áthelyezéskor a muslicák kikerültek a fiolákból, ami miatt a rovarokat nyugtatóval tették mozgásképtelenné.
Az ABB Robotics mérnökei a Duncan NRI kutatóival együttműködve megterveztek és megépítettek egy muslicaáttelepítő munkaállomást, amelynek főbb elemeit a YuMi kobot, az áttelepítéshez szükséges fiolákat tartó asztal, egy vonalkód- és címkéző egység, valamint egy hulladékcsúszda alkotják.
„Ez az orvosbiológiai kutatást felgyorsító innovatív megoldás az ABB Robotics-szal folytatott több mint két éve tartó szoros együttműködésünk eredménye” – mondta dr. Juan Botas, a Baylor College of Medicine Molekuláris és Humángenetikai Tanszékének, valamint a Molekuláris és Sejtbiológiai Tanszékének professzora, aki a Duncan NRI vezető kutatója. „Az általam és dr. Ismael-Al Ramahi által, aki a Baylor College of Medicine adjunktusa, s egyben a Duncan NRI kutatója, vezetett DNRI kutatóinak az ecetmuslica-élettani kutatások, valamint az automatizált, nagy volumenű kísérletek terén szerzett szakmai tapasztalatainak ötvözése az ABB mérnökeinek automatizálási szakértelmével lehetővé tette számunkra egy kobot-alapú megoldás megtervezését, amely csökkenti az időigényt, kiküszöböli a muslicatörzzsekkel kapcsolatos veszteséget, és lehetővé teszi több kísérlet párhuzamos elvégzését.”
Az ABB YuMi kobotja kezeli a muslicák áthelyezésének teljes folyamatát, amely 10 előre beprogramozott lépés gyors egymásutánban történő végrehajtásából áll. Az emberekhez hasonlóan a YuMi felemeli az élő muslicákat tartalmazó fiolát, kinyitja a védő cellulóz-acetát dugót, egy másik, friss élelemmel teli fölé helyezi, megkocogtatja a muslicák átültetéséhez, lezárja, felcímkézi az új kémcsövet, szkenneli az adatait, majd végül kartonállványba rakja. A robot ezután kidobja a régi táplálékot tartalmazó fiolákat, hogy megelőzze a keresztszennyeződést.
A megoldásba integrált jelentős műszaki funkciónak tekinthető a vonalkódok olvasásának és a címkék nyomtatásának képessége, amelyeket az átültetés során a törzs és a genotípus információival ellátva helyeznek fel a fiolákra. Ez a funkció biztosítja a Drosophila törzsek pontos nyomon követését és kezelését. A robot fejlett érzékelési technológiái lehetővé teszik a fiolák pontos elhelyezését a szabványos kartonállványokban, aminek köszönhetően a kutatók a meglévő fiolaállványokat újból felhasználhatják, ezáltal csökkentve a működési költségeket.
Ennél is fontosabb, hogy a robotot úgy tervezték, hogy együttműködő és biztonságos legyen az emberi interakció szempontjából. Mozgásérzékelő karjai érzékelik a közelben lévő embereket vagy tárgyakat, és vészhelyzet esetén – a balesetek elkerülése érdekében – azonnal megállítják a folyamatban lévő műveletet, így garantálva a biztonságos, együttműködő munkateret.
Texas Children’s
A közhasznú egészségügyi szervezetként működő Texas Children's elkötelezett amellett, hogy a betegellátás, az oktatás és a kutatás terén vezető szerepet vállalva egészségesebb jövőt teremtsen a gyermekek és a nők számára az egész világon. A rendszeresen a legjobb texasi gyermekkórházként és az ország legjobbjai között jegyzett Texas Children's széles körű elismerést vívott ki magának a gyermek- és nőgyógyászat területén szerzett szakértelmével és áttörést hozó kutatási eredményeivel. A rendszerhez tartozik a Texas Children's Duncan NRI; a gyermekgyógyászati kutatásra specializálódott Feigin Tower; a Texas Children's Pavilion for Women, komplex szülészeti/nőgyógyászati intézmény, amely a nagy kockázatú szülésekre összpontosít; a Texas Children's Hospital West Campus, egy közkórház Houston nyugati elővárosában; és a Texas Children's Hospital The Woodlands, az első olyan kórház, amely a Houstontól északra fekvő közösségek gyermekellátását szolgálja. A szervezet létrehozta a Texas Children's Health Plan-t is, az ország első HMO-ját („egészségfenntartó szervezetét”) gyermekek számára; a Texas Children's Pediatrics-ot, az ország legnagyobb gyermekorvosi alapellátási hálózatát; a Texas Children's Urgent Care klinikákat, amelyek a kifejezetten gyermekekre szabott, sürgősségi esetek ellátására specializálódtak; és egy globális egészségügyi programot, amely a világ minden táján ellátást nyújt a gyermekek és a nők számára. A Texas Children's Hospital a Baylor College of Medicine intézményhez tartozik. Bővebb információkért látogasson el a következő weboldalra: www.texaschildrens.org.
Duncan NRI
A Duncan NRI-t 2010-ben alapította a neves neurogenetikus, dr. Huda Zoghbi. Az intézet egy több mint 300 orvosból és kutatóból álló multidiszciplináris csoporttal rendelkezik, amelynek tagjai a Baylor College of Medicine és a Texas Children's Hospital munkatársai. Az orvosok és a kutatók együtt dolgoznak a kutatás felgyorsításán és olyan célzott gyógymódok kifejlesztésén, amelyekkel kezelni lehet a gyerekeket és felnőtteket érintő komplex, pusztító idegrendszerfejlődési, neurodegeneratív és neuropszichiátriai betegségeket. Az intézetre vonatkozó további információk itt érhetők el: https://www.texaschildrens.org/duncan-nri.
