生命科学实验室的自动化与数字化
2024-11-19 07:58

生命科学实验室的自动化与数字化

  

  热点;nsored有限公司内容由Tecan提供思想领袖克劳斯Lun, Tecan公司执行副总裁克里斯梅森,

  威尔康奈尔医学院教授

  在这次采访中,我们与Klaus Lun博士和Chris Mason博士一起探讨了实验室自动化和数字化的过去、现在和未来。

  伦博士:我在Tecan工作了大约10年,负责生命科学业务,也就是我们的终端用户部门。在此期间,我见证了自动化在这一领域的发展,并开始了解我们的客户想要什么和需要什么。

  克里斯·梅森博士:我是威尔·康奈尔医学院的遗传学、生理学和生物物理学教授,从事大规模基因组学研究,如临床遗传学、计算生物学,甚至是合成细胞基因组学。

  伦博士:自从人们开始进行实验以来,实验室中的自动化就已经存在了,并且从需要做更多目前正在做的事情演变而来。实验室自动化的第一步是放大当前的过程,这样人们就可以从一次做一个实验到多个实验。我认为公平地说,制药行业的药物发现是这一变化背后的主要推动力,因为有一段时间,数百万种化合物被常规筛选以发现新药。在那段时间里,许多主要的实验室活动都是自动化的。然而,今天,自动化更多的是一种工具,可以实现手动执行可能非常具有挑战性的过程。

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  克里斯·梅森博士:我认为,当你从世界各地收到数以万计的样本时,需要对它们进行有效的跟踪和分析,这就是你需要一定程度的自动化的地方。机器人可用于各种自动化任务,如细胞表型,提取,文库准备和液体处理。工具和仪器变得越来越好,越来越可扩展,这增强了工作体验,因为研究人员希望专注于思考科学并提出新的想法,而不是重复数百万次相同的过程。

  伦博士:目前的趋势是开发在一台仪器中包含多个过程的设备,Tecan是许多这样做的公司之一。单细胞生物学就是自动化使之成为可能的一个例子,它使得在提取DNA或RNA时操纵这些单细胞变得容易。还有很多其他很好的例子以前根本不可能做到因为反应室和流动路径太大了。

  克里斯·梅森博士:COVID-19大流行几乎扰乱了一切,但它确实促使我们实施了更多的自动化,特别是因为我们需要额外的处理能力来处理涌入的COVID-19患者样本。我们需要一种方法来追踪病毒在世界各地不同城市和地方的进化,这迫使我们加快实施新过程,比如使仪器上的样本种类多样化,特别是用于提取。

  伦克劳斯博士:新冠肺炎疫情爆发后,我们需要重新思考如何在实验室工作,因为任何时候在场的工作人员数量都从20人减少到2人。自动化程度的提高不仅使人们能够专注于他们的研究,而不是陷入手工任务的泥潭,而且还使疫情高峰期的远程工作成为可能。

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  克里斯·梅森博士:最大的问题是我们无法获得供应,比如试剂或针尖。虽然现在已经解决了这个问题,但有时我们会重新配置系统,以提出新的解决方案,例如3D打印我们自己的塑料尖端。这样做了一段时间后,我们意识到,除了采用自动化,我们也可以完全自力更生。虽然这不再是一个问题,但它是大流行期间出现的另一个因素,看到对局势压力的反应是有趣的。

  伦博士:除此之外,我们注意到人们对自动化的兴趣非常广泛,很多人都在考虑以前没有考虑过的自动化,这增加了自动化在许多行业的普及程度。

  克里斯·梅森博士:理想情况下,数字化和自动化是一体的。例如,在自动化和跟踪系统中,条形码对象根据其内容自动移动和跟踪,我们在2D矩阵管中越来越多地观察到这一点。我们使用我们的系统进行控制,准确地跟踪哪根管子在哪个点被移动,以及它所含的液体体积。所以,它是自动化和跟踪的,这意味着它非常清楚在每个步骤中每根管子发生了什么。当我们开始验证和基准新型COVID-19测试时,这在大流行开始时变得非常有用。

  伦克劳斯博士:在数字化方面,疫情期间最明显的变化是人们在虚拟环境中互动和工作,并寻求产品支持。这意味着我们需要大力推动确保我们能够找到一种方式来继续支持我们在该领域的客户,并且能够使用我们已经开始部署的新工具进行远程操作是关键目标之一。详细讨论的一件事是所谓的“数字双胞胎”,它可以虚拟地为我们的客户系统编程,最大限度地提高我们用户的生产力,并将其用于培训和脚本编写。

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  克里斯·梅森博士:在我们的实验室里,这很好,因为移交项目很容易。例如,如果某人完成了大量样本的一半,您可以精确地指出他们在项目中的位置,这意味着在一个大项目中工作的多人之间的过渡几乎是无缝的。

  伦博士:另一个重要的工具是使用虚拟现实来改进培训。我们第一次讨论这个问题的时候,我马上出去买了一副护目镜,想看看那些人在实验室里都在说些什么。现在我们已经准备好了一个完整的产品,我们的用户和服务人员可以戴上这些护目镜并接受仪器的全面培训。

  克里斯·梅森博士:这取决于实验室。我们经常看到的一个挑战,尤其是在城市,是找到工作的空间。我还认为,将这项技术与现有的实验室信息管理系统集成是一个挑战。还有一些地方缺乏基础设施,这就是为什么我们正在朝着记录自动化和数字化的方向发展。我还认为,机器人的信息学和编程都需要技能,而且,像任何技能一样,你需要练习,并有一些模板来工作。

  伦博士:我们正在开发许多深受客户欢迎的消费者技术。我认为最有效的互动方式是在庞大的在线和虚拟课程库中——人们坐在仪器前,我们的一个远程培训师会一步一步地指导。由于数字化和远程工作仍然是人们关注的焦点,我认为我们现在处于一个不可思议的位置,每个人都有手头的工具。我甚至可以登录到克里斯的液体处理系统,帮他解决一个问题。

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  克里斯·梅森博士:我们在威尔·康奈尔大学有一个新的生物银行,航天医学生物银行,所有宇航员——在太空飞行之前、期间和之后——都有样本并储存在那里。然后,我们使用单细胞、免疫学、表位分型或其他遗传分析来处理其中的一些,以确定对太空飞行的反应的分子变化。其余的被储存起来,储存起来,有时储存在零下80度左右的液氮中。

  生物银行给了你一个回到过去的方法,用更新的方法来复制过去的实验或与人分享样本。如果其他人有一个想法或想要复制临床结果,生物银行给你一个分享的机会。更多的数据意味着更多的权力,你拥有的银行样本越多,你就越能再次验证任何结果,无论是临床试验还是宇航员生物学。只有大约600人曾经去过太空,这使得每个样本都非常珍贵,因为我们对身体对太空飞行的反应知之甚少,我们如何准备去火星在某种程度上取决于这些样本。

  伦博士:生物银行是一个非常适合自动化的领域,因为大多数生物银行涉及的样本数量很多。它的规模需要相当重要的it基础设施,以确保您可以跟踪每个样本并跟踪发生了什么。对于COVID-19,我们看到了患者样本数据库建设的显著增加,因为我们处于了解这种疾病的早期阶段,以及我们在大量人群中看到的不同表型,生物银行是实验室应该采取的第一步。

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  伦博士:我认为它将取代我们通常在实验室中进行的手动过程,并将朝着自动化基础设施的方向发展。自动化小而繁琐的任务将解放研究人员,让他们专注于科学进步,使用机器人基础设施来进行实验。从自动化的角度来看,这场大流行已经造成了我们所见过的最大的思维转变之一,有了这种理解,未来的生命科学实验室将是一个令人难以置信和令人兴奋的地方。

  克里斯·梅森博士:尽管让机器人协助机器人听起来很未来,但这已经在汽车、大船甚至宇宙飞船的制造中发生了。我认为更多的自动化也将用于图书馆准备,我们将看到几乎所有的事情都是自动化的,从细胞标本和组织准备,一直到实验结束。

  克里斯·梅森博士:我认为这将是多组学的。查看来自同一细胞的DNA、RNA、蛋白质和代谢物,您将看到在提取过程中以及之后测量的更多指标。我认为未来将导致更多的量化,这将是成为科学家的好时机。你可能会说,今天已经是成为一名科学家的最佳时代,但我认为,如果一切按计划进行,它会继续变得更好。

  克劳斯·伦博士:这是生物学的世纪。

  Klaus Lun博士是Tecan的执行副总裁兼生命科学业务部门主管。Klaus于2013年6月加入公司,担任公司发展执行副总裁和Tecan Group管理委员会成员。2017年2月,他接任执行副总裁,领导Tecan的整个终端用户业务部门。克劳斯在拜罗伊特大学和

  宾根大学学习生物学,在海德堡大学获得神经生物学博士学位,在曼海姆大学获得工商管理工商管理硕士学位。

  克里斯·梅森博士是威尔·康奈尔医学院的基因组学、生理学和生物物理学教授。Chris还是WorldQuant定量预测计划的创始董事之一,也是四家生物技术初创公司的联合创始人。他在威斯康星大学麦迪逊分校获得遗传学和生物化学双学士学位,随后在耶鲁大学获得遗传学博士学位。

  Tecan是自动化实验室仪器和解决方案的全球领先供应商。他们的系统和组件帮助从事临床诊断、基础研究和转化研究以及药物发现的人们将他们的科学带入生活。

  特别是,他们开发、生产、销售和支持自动化工作流程解决方案,使实验室能够实现更多目标。他们的Cavro品牌仪器组件由多个学科的领先仪器供应商选择。

  他们与一系列客户并肩工作,包括诊断实验室、制药和生物技术公司以及大学研究中心。他们的专业知识延伸到开发和制造OEM仪器和组件,由他们的合作伙伴公司销售。无论项目是大是小,简单还是复杂,帮助客户实现他们的目标都是第一位的。

  他们在他们所从事的所有领域都处于领先地位,并改变了世界各地研究和开发实验室的工作方式。例如,在诊断方面,他们提高了测试的可重复性和吞吐量的标准。

  在不到40年的时间里,Tecan已经从一家瑞士家族企业成长为一个在全球生命科学舞台上站稳脚跟的品牌。从农场的开创性日子到今天我们的业务承担的领导角色-为世界各地的研究,诊断和许多应用市场提供支持

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