为什么自动化将Post-COVID生物学实验室的基石

21^圣世纪的革命在我们如何方法研究。随着新技术的出现像自动化和机器/深度学习生物学正在成为一个更少的推论和更多的数据驱动的纪律。随着全球科学研究延迟由于COVID-19大流行,是时候重新审视未来自动化在生物研究中的作用?

COVID-19挑战

许多实验室不工作直接在COVID-19被迫关闭的封锁阶段大流行期间响应,令人沮丧的许多研究者的工作。Synthace,科学软件公司总部位于伦敦,也被迫关闭自己的实验室但仍继续援助研究实验室操作通过云Antha平台,帮助自动化生物实验。

“我们已经开发出远程部署软件科学家的新方法。这不是无缝的,但有一种令人难以置信的团结。有他们的帮助和耐心,我们有一个伟大的新系统获得新项目开始全球一半,”Synthace的首席执行官蒂姆•下跌解释道。

实验室进行必要的研究和诊断COVID-19迅速利用自动化的力量来增加容量。Tecan是一个全球性的供应商实验室仪器专业开发,生产,和销售的自动化实验室在生命科学领域的解决方案。他们从一开始就一直参与,提供当地在体外诊断公司在中国,为诊断提供仪器和耗材在西方公司。在英国,Tecan支持在米尔顿凯恩斯COVID-19大型实验室,提供新的工具和再利用设备借用大学全国。

“在临床实验室方面,我们看到一个巨大的需要迅速扩大自动化解决方案。那些还没有自动化实验室想立即扩大一些液体处理系统来处理每天成千上万的样品,之前他们只每天处理一百个样本,“卢卡Valeggia说实验室自动化Tecan的生命科学部门内业务。

发展实验室

而诊断和药物开发似乎最好准备受益于自动化和数字化的手工任务,这些技术会进一步的影响。“基础研究和发现的、探究的活动依赖于大量的方法和大量的设备。发展另一方面更多的是一种优化活动。科学家和工程师已经有一般熟悉统计方法的优化和投资进入自动化,但是往往由于很难将它部署,”说了。

“即使自动化已经到位,问题是我们如何能更好的使远程实验设计,远程执行,和远程监控在实验室里发生了什么?”Valeggia补充道。“组织需要适应越来越灵活。我们需要协作以一种新的方式使用数字工具,在实验室”。

Synthace研究员地方生物样本到自动化分析仪器

Tecan已经开发的软件监视应用程序,以增加他们的设备。他们反省™应用程序是一个基于云的系统可以让用户跟踪工具和消耗品的使用,而连接™应用程序允许远程连接通过一个移动设备。现代这样的接口可以通往获得更多人员参与使用自动化和基于云计算的工具。

“这都是关于这些设备之间的无缝接口,软件和试剂——这是终极目标。我们都那么熟悉我们的手机,有很多技术无缝地协同工作。现在有一个期望,当然从年轻一代,对软件能够消除差距,”解释了。“他们问:为什么不只是一起工作?”

为此,Synthace和Tecan合作使用Antha实验设计在日常语言翻译成机器可读的说明Tecan的液体处理和分析设备。这是紧随其后的是数据处理操作,由Antha。第一个应用程序,将共同发起高通量、自动化的蛋白质纯化。

降低贸易壁垒

科学家们意识到,自动化可以实现更高的吞吐量,减少人为错误,并最终提高工作效率通过释放研究的时间。采用自动化的主要障碍,除了可观的成本因素,往往是心理障碍。

“可能有一个担心,你需要一个自动化专家为了部署和使用它,甚至当你有这些技能,它仍然需要大量的时间re-program它为每一个新的实验。这使得人们追求他们的手持吸管,进而定位他们的想法小规模,one-factor-at-a-time实验。意识形态的破坏,生物科学的研发已经成为锁定,克服在我看来是最重要的障碍,”解释了。

从Synthace的角度来看,研发生物存在隧道视野:single-factorial方法实验。“更广泛的理解多元方法的实验将有助于在脱离目前的心态,阻碍生物坦率地说,“说了。

Valeggia指出lab-wide链接到云是另一个争论的焦点的研究社区软件采用和数字化。

“尽管我们中的许多人转换到基于云的软件在我们的个人和职业生活中,同样不能说的研究团队。还有经常害怕实验室连接到云,“Valeggia说。“最终,科学家们需要看到清晰的利益的风险。我们相信有一个明显的好处能够从任何地方访问实验室看到发生了什么和捕获的见解。电阻是减少随着越来越多的成熟市场上可用的应用程序,和用户体验的好处有新的软件版本发布设备无缝。”他补充道。

开始

在过去的十年里,生命科学研究人员面临清算的真正规模再现性问题,对医疗的影响显著为负,以及浪费资源和公共资金。一个臭名昭著的自然2016年的调查发现,70%的人员不能复制别人的结果,还有60%的顾客不复制自己的发现。同时,自动化设计越来越灵活,界面友好。现在应该如何组织增加自动化的使用呢?

Valeggia突出的重要性,真正了解自己的需要通过分解你的思考为以下:

• 目标:你想完成什么?你有一个非常集中的用例,或者你的目标的灵活性?自动化系统总是可以调整或使用。

• 冗余:如果一个机器人需要维护,手动可以继续你的工作吗?或者你需要一个机器人吗?

• 数据:系统你目前在什么地方?你需要插入或更新你的电子实验室笔记本(ELN)或实验室信息管理系统(LIMS) ?最重要的是,你希望得到什么见解从你的数据?

• 集成:上游和下游的仪器是什么?你将来想要工作吗?这是一个很好的机会来考虑数字连接仪器监测除了数据集成。

下降了一个关键的角度补充道必须早期观察:

• 优化:你将如何优化新的和现有协议自动化设备?你考虑过使用实验设计(DOE)来加速你的方法开发吗?

自动化“如果你开始你的旅程,你不熟悉美国能源部,我真的建议查找的维基百科页面快速入门。在多个场合,我见过怀疑论者变成布道者在一个单一的实验。一旦有人已经开始,他们会要求更灵活的自动化和大规模结构化数据,“压力下降。

未来实验室

生物研究已经看到大量的新技术对抗COVID-19杠杆。自动化液体处理程序执行精度实验通知和确定新的治疗候选人以及每天数以百万计的诊断测试。机器学习平台是加速数据分析和预测治疗的调查。

“但是我有强烈的警告,“说了。“这些机器学习工具只是一样强大他们给出的数据。原始数据本身是没有意义的。一串数字3、4、7、12、23可以是任何东西,从太空无线电信号,骑自行车在自行车道或测量的荧光板的读者。元数据是给它的背景和意义,以及我们常常收集太少元数据在我们的实验室笔记本-电子或纸质这些创造奇迹的学习工具。”

“这地方一个巨大责任数据生成器,研究员在实验室,如果他们无法收集和足够的元数据与原始数据关联时的实验机会丢失,“继续下降。“因此,最重要的事情,发生在生物研发是一个从手动到自动,各种形式的执行——物理和数字数据收集和组织。”

现在有很多机会,加快数字化使研究人员能够在一个完全不同的方式工作。

“思考和虚拟现实增强技术,我们可以帮助科学家们想象他们会购买和如何工作时安装在他们的实验室——这是变得更重要的是现在我们已经不进入实验室,“Valeggia说。

“我们也可以使我们的设备更加聪明,”他继续说。“你现在可以有100多个传感器在机器人收集元数据。即使旧的仪器,监测环境的变化可以添加一些有价值的信息。下一个级别是耦合与人工智能快速创建见解科学家的运行发生了什么。”

“第三个关键领域是服务数字化。设备制造商来说,这是一个很大的话题,因为我们仍然需要服务工具。我们积极寻求新方法提供更多的正常运行时间通过预防和远程服务客户,”Valeggia补充道。

最终的想法

在工业和学术界研究实验室,需要一个21 ^圣 世纪的升级。COVID-19危机表明这是触手可及,实验室旋转迅速进入诊断强国与许多将现有设备集成到新的工作流。机器人本身固有的灵活性:今天一个诊断工具,明天一个研究工具,反之亦然。与综合软件简化此类仪器操作和重新编程,研究人员现在可以采取灵活的利用自动化的问题在自己的手中。这不是一个是否数字化将被整合进实验室,真正的问题是多久?

关于作者

蒂姆下跌是前英国生物产业协会主席的工程生物学咨询委员会和首席执行官 Synthace,一个软件公司通过云加速生物的发现和优化软件平台,Antha (2020年8月27日更新) 。

卢卡Valeggia领导实验室自动化的生命科学部门内业务Tecan全球生物制药实验室仪器和解决方案的提供者,取证和临床诊断。

文章原来提到蒂姆了 英国生物产业协会主席的工程生物学咨询委员会 。这是2020年8月27日更新,以反映他的前主席相同的地位。