Roboty, kterí prevzali lékarský výzkum

Bylo to dlouhé a tajné prevzetí, ale roboti nyní ovládají mnoho predních bioscience laboratorí, delat jen hodinu to, co kdysi trvalo nekolik dní nebo týdnu. Nyní sblizování automatizace s nanotechnologiemi, biomedicí a pokrocilými algoritmy slibuje, ze robotizuje lékarský výzkum mnohem dál.

V kvetnu letosního roku cestoval Ross King, profesor pocítacové inteligence na britské univerzite v Manchesteru, a promluvil se studenty na areálu univerzity v Nottinghamu v Ningbo v Cíne. Jeho príspevek "Vedci robotu: automatizace biologie a chemie" byl oponou teorií, které on a kolegové navrhli pred témer deseti lety.

V dopise z roku 2004 do casopisu Príroda, se ptali, zda by bylo mozné automatizovat skutecný proces "zjistování" pozorování, odectení a záveru. Toto by pouzívalo fyzicky zavedený robotický systém, který pouzíval techniky umelé inteligence (AI) k provádení cyklu vedeckého experimentování.

Seznamte se s Adamem a Evou, robotskými vedci

V Cíne, jako predtím na brunelské univerzite v Londýne, prof. Král jmenoval dva "vedce robotu" Adam a Eva, postavené na univerzite Aberystwyth ve Walesu. Tito robotové vytvárejí hypotézy, vybírají efektivní experimenty pro rozlisení mezi nimi, provádejí experimenty pomocí laboratorních automatizacních zarízení a pak analyzují výsledky.

Jak Adam, tak Eva provedli skutecné objevy.

Adam byl vyvinut pro vysetrení funkcní genomiky kvasinek (Saccharomyces cerevisiae) a robot uspel v autonomní identifikaci genu, které kódují lokálne "osirelé" enzymy v kvasinkách.

V biblickém módu Adam následoval Eva pomocí podobných postupu, aby vytvoril stroj urcený k automatizaci a integraci objev drogy: screening, hit conformation a kvantitativní vztah struktura-aktivita (QSAR). Eve vyuzívá nové obrazovky syntetické biologie, které kombinují výhody výpocetních, cílových a bunecných testu.

Profesor Ross King ríká:

"Zamerili jsme se na zanedbávané tropické onemocnení a pomocí Evy jsme objevili slouceniny olova pro malárii, Chagas, africkou spánkovou nemoc a dalsí podmínky."

Skromný puvod

Analytické roboty jako Adam, Eve nebo pokrocilejsí produkty, které se nyní vyvíjejí v centrech excelence - napríklad v Fraunhoferove institutu pro provoz a automatizaci v továrnách (MFF) v Magdeburgu v Nemecku - jsou daleko od robotických systému, laborator pred tremi desetiletími.

Historie vedoucí spolecnosti v oboru - Hamilton Robotics - demonstruje postup:

• Z presných stríkacek ve ctyricátých letech
• Prostrednictvím prvního poloautomatizovaného redidla v roce 1970
• Na první plne automatizovanou pracovní stanici pro prípravu vzorku v roce 1980.

Takové pracovní stanice, které mechanicky zpracovávají vzorky pod plnou kontrolou pocítace, splnují definici jádra slovníku robota jako "stroj schopný provést slozitou sérii cinností automaticky". Jejich skutecná mechanická nebo fyzická slozka "práce" také uspokojuje puvodní definici "nucené práce" Karla Capeka v jeho 1920 hre R.U.R.. Toto je hra, která predstavila slovo "robot" svetu.

Roboty v práci

Manipulace s kapalinami je jednou ze ctyr základních aplikací pro robotiku v laboratori. Ostatní jsou:

Zpracování mikrodesticek: pomocí robotu pro pohyb desek kolem pracovní desky, mezi zásobníky a dalsími zarízeními (manipulátory s tekutinami, ctecky, inkubátory a tak dále). Pokrocilé mikroplatné roboty se integrují s nástroji tretích stran a vytvárejí pracovní bunky, které automatizují aplikace a protokoly témer na jakoukoli úroven slozitosti.

Automatizované systémy biologického výzkumu: roboty poskytují automatizované zpracování a ctení pro ruzné aspekty biologického a biochemického výzkumu, od prutokových cytometru az po specifické aplikace molekulární biologie, jako je príprava a cistení PCR, vychystávání kolonií nebo vývoj bunecné kultury.

Vysetrení zjistení drog: nejnovejsí robotická aplikace hlavního proudu umoznuje výzkumníkum provozovat sirokou skálu testu zalozených na bunkách, na bázi receptoru a enzýmu, které se typicky pouzívají pri vysokorychlostním screeningu (HTS).

Roboty nabízejí výhodu?

Laboratorní výhody pouzití robotiky se zdají být zrejmé, pocínaje ergonomickými výhodami automatizace úkolu, které by byly nudné, opakující se, skodlivé nebo dokonce nebezpecné pro cloveka.

Robot nerozlisuje mezi nenápadným nízkým regálem, který je pár centimetru od podlahy a vysoký, a clovek by musel stát na zidli. Roboty mohou také bezpecne manipulovat s toxiny, biohazardy nebo pracovat v zapecetených nebo klimaticky rízených oblastech, které bychom povazovali za nesnesitelné.

Laboratore puvodne obejdily robotiku, protoze se zdálo, ze nabízejí únik z dilematu "kvantity nebo kvality" - neustálou potrebu kompenzovat rychlost za presnost.

Naproti tomu se zdálo, ze roboty mohou provádet nekonecne opakované operace s nejvyssí mírou presnosti, která se nikdy nezmenila a byla nekonecne kontrolovatelná.

Nicméne v praxi a zejména pri vysokém pruzkumu se zacaly objevovat urcitá omezení. Patrí sem:

• Dlouhá konstrukce a doba realizace
• Protrazený prevod z manuálních na automatizované metody
• Nestabilní robotická operace a
• Omezené moznosti obnovení chyb.

Dále nutnost omezit kroky v robotických procesech mela tendenci podnítit pouzití méne presných homogenních testu nez heterogenní, které by vetsina spolecností uprednostnovala.

Navysování

Pocátecní prijetí algoritmu Allegro a dalsích technologií zalozených na technikách sestavy v raném 21. století prekonalo mnohé z techto problému tím, ze se mikroplatky prenesly do rady na po sobe jdoucí moduly zpracování, z nichz kazdý vykonával pouze jeden krok testu. Rychlost by mohla být násobena procesem tím, ze kazdý krok bude vetsí, pricemz 96-jamková desticka dává cestu 384 a nyní 1536-jamkovým deskám.

Nová schopnost robotu pro kontrolu takových obrovských desek bez dozoru pripravila cestu pro paralelní kvantitativní vysokorychlostní screening (qHTS), která dokáze testovat kazdou knihovnu ve více koncentracích.

Maximální úcinnost a miniaturizace poskytly qHTS teoretickou kapacitu pro provádení bunecných a biochemických testu v knihovnách více nez 100 000 sloucenin a testování mezi 700 000 a 2 miliony jamkových vzorku behem nekolika hodin.

Nicméne, málo spolecností skutecne potrebuje denne prohlízet tolik sloucenin, které jsou spojeny s príslusnými náklady na spotrební materiál, jako jsou testovací cinidla, bunecné kultury, mikroplatky a tipy pipet, stejne jako náklady na zpracování dat a cas analýzy.

Kdyz pridáte investicní rezii pro pridruzenou infrastrukturu, robotika muze vypadat jako bohatá detská hracka.

Roboti k pronájmu

Behem prvního desetiletí 21. století rostoucí pocet smluvních spolecností provádejících screening s vysokou propustností (HTS) nabídl vývoj a screening, analýzu dat a dalsí podporu knihoven.

Pouzití takových smluvních robotických laboratorí se stalo mnohem populárnejsí poté, co prestaly pozadovat platby za autorské poplatky za jakýkoli objev. Takové laboratore se zabývají schopností nabízet ultra rychlé obrátky, které bezí nepretrzite na vysokorychlostních robotických pracovistích HTS.

Nekteré farmaceutické a biotechnologické spolecnosti zacaly externe vyuzívat primární screening, udrzování vyssího a více vlastního sekundárního screeningu ve vlastním podniku, aby umoznily vyssí míru hitu pro své týmy. Nicméne i tyto prístupy se stávají nadbytecnými novými technologiemi.

Puska versus brokovnice

V podstate je vysoce výkonný screening prístup k výzkumu - pomocí robotiky hodit tisíce chemických sloucenin proti cílovým patogenum, aby zjistili, zda se jejich bunecný rust zrychluje, zastaví nebo je eliminován. Kapacita je úzasná, ale náklady jsou vysoké a pomer jednotek k úspechu je nízký.

Slozitejsí paradigmem umoznujícím robotiku je vysoký obsah screeningu (HCS) - prístup "pusky", který uplatnuje molekulární specificnost zalozenou na fluorescenci a vyuzívá výhodnejsích tríd cinidel.

Screening s vysokým obsahem má schopnost multiplexovat, spolu s analýzou obrazu spojenou s rízením dat, dolováním dat a vizualizací dat. Vsichni tito výzkumníci pomáhají výzkumníkum zamerit se na biologické a genomické informace a delat mnohem cílenejsí rozhodnutí o tom, které testy mají bezet.

Nejnovejsí technologie toto cílení jeste dále rozsiruje. Spolecnost Hudson Robotics nedávno oznámila, co oznacuje vysoko úcinné skenování (HES) pro malé molekuly a protilátky.

Vysokorychlostní screening vyuzívá vlastní algoritmus k sestavení zkráceného seznamu knihovních vzorku, které budou promítány. To je pak preneseno na robotickou pracovní stanici, kde molekuly jsou vybírány tresne a testovány ve vhodném testu.

Jakékoli molekuly, které byly zjisteny jako aktivní, se pouzívají ke zdokonalení modelu a proces se opakuje, dokud uzivatel nemá jak seznam aktivních molekul, tak konecný model, který lze pouzít k vyhledávání dalsích sloucenin a sberu optimalizovaných analogu.

Pri predbezném testování proti známým slozeným databázím uvedl, ze jeho screening s vysokou úcinností dusledne identifikoval vetsinu známých inhibitoru deseti ruzných biologických cílu po skríningu pod 10% knihovny obsahující priblizne 80 000 ruzných molekul.

Budoucí trendy robotu

Tri desetiletí od prvního laboratorního pouzití robotiky je zrejmé, ze technologie je stále jeste v plenkách. Roboty se v dnesním biomedicínském výzkumu mohou zdát vsudyprítomné, mají vsak dlouhou cestu k vývoji.

Za prvé, roboty nemohou snadno existovat spolecne s lidmi a musí pracovat v bezpecne uzavrených oblastech. Fraunhoferuv institut zkoumal tento aspekt a vyvinul LISA, prototyp mobilní laboratore s dotykovou "kuzí" a tepelnými senzory, aby zabránil jejímu nárazu na lidi a naopak.

Ale i LISA pravdepodobne vypadá jako neohrabaný jako Wright Flyer, jakmile se biomedicina, 3D tisk a nanotechnologie opravdu dostanou do hry. Pohled na tyto moznosti nabízí robotický carodejník propagovaný Columbií univerzitou.

Bioboty podobné tem, nebo DNA pavouci vyvinuté na Newyorské univerzite a Michiganské univerzite, jsou jenom trochu víc nez fascinující, ponekud desivé, hracky v tuto chvíli. Ale poukazují na budoucnost, kdy se robotika pohybuje za výzkumnou laboratorí do operacního sálu - nebo dokonce do molekulární oblasti.

Mnoho amerických dospelých pacientu nesmí být chráneno pred hnisavým kaslem

Mnoho amerických dospelých lidí není aktuální v ockování proti cernému kasli, coz podle nového pruzkumu ohrozuje ohrozené deti u potenciálne smrtelných onemocnení. Pocet prípadu cerného kasle (Pertussis) se ve Spojených státech zvysuje. V roce 2012 bylo na tuto chorobu postizeno více nez 41 000 detí a dospelých, a podle Centra pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) jsou sazby na své nejvyssí úrovni za padesát let.

(Health)

Sokující pravda o porodu v Jizní Africe

Predstavte si, ze jdete do nemocnice, kdyz jste v práci, jen abyste se dozvedeli, ze lzete, a pak je posláno venku na ulici, nebo kdyz jste v práci - v Jihoafrické republice tyto hrozné prípady a mnoho dalsích je kazdodenní realitou, podle nové zprávy vydané spolecností Human Rights Watch.

(Health)