Robô automatizado de aprendizado de máquina revela novo potencial para pesquisa genética
O robô de microinjeção detecta embriões com um centésimo do tamanho de um grão de arroz, calcula um caminho e automatiza o processo. Crédito:Andrew Alegria, Universidade de Minnesota Twin Cities Pesquisadores de Twin Cities da Universidade de Minnesota construíram um robô que usa aprendizado de máquina para automatizar totalmente um complicado processo de microinjeção usado em pesquisas genéticas.
Em seus experimentos, os pesquisadores conseguiram usar esse robô automatizado para manipular a genética de organismos multicelulares, incluindo embriões de mosca-das-frutas e peixes-zebra. A tecnologia economizará tempo e dinheiro aos laboratórios, ao mesmo tempo que lhes permitirá conduzir mais facilmente novos experimentos genéticos em grande escala que não eram possíveis anteriormente usando técnicas manuais.
A pesquisa, intitulada "Manipulação genética de alto rendimento de organismos multicelulares usando um robô de microinjeção embrionária guiada por visão de máquina", é destaque na capa da edição de abril de 2024 da GENÉTICA , um periódico de acesso aberto. O trabalho foi co-liderado por dois estudantes de graduação em engenharia mecânica da Universidade de Minnesota, Andrew Alegria e Amey Joshi. A equipe também está trabalhando para comercializar essa tecnologia para torná-la amplamente disponível por meio da empresa start-up da Universidade de Minnesota, Objective Biotechnology.
A microinjeção é um método para introduzir células, material genético ou outros agentes diretamente em embriões, células ou tecidos usando uma pipeta muito fina. Os pesquisadores treinaram o robô para detectar embriões com um centésimo do tamanho de um grão de arroz. Após a detecção, a máquina pode calcular um caminho e automatizar o processo das injeções.
“Este novo processo é mais robusto e reprodutível do que as injeções manuais”, disse Suhasa Kodandaramaiah, professor associado de engenharia mecânica da Universidade de Minnesota e autor sênior do estudo. “Com esse modelo, laboratórios individuais poderão pensar em novos experimentos que não seriam possíveis sem esse tipo de tecnologia”.
Normalmente, esse tipo de pesquisa exige técnicos altamente qualificados para realizar a microinjeção, o que muitos laboratórios não possuem. Esta nova tecnologia poderá expandir a capacidade de realizar grandes experimentos em laboratórios, ao mesmo tempo que reduz tempo e custos.
"Isto é muito emocionante para o mundo da genética. A escrita e leitura de ADN melhoraram drasticamente nos últimos anos, mas ter esta tecnologia aumentará a nossa capacidade de realizar experiências genéticas em larga escala numa vasta gama de organismos", disse Daryl Gohl, um coautor do estudo, líder do grupo do Laboratório de Inovação do Centro de Genômica da Universidade de Minnesota e professor assistente de pesquisa no Departamento de Genética, Biologia Celular e Desenvolvimento.
Esta tecnologia não só pode ser utilizada em experiências genéticas, mas também pode ajudar a preservar espécies ameaçadas através da criopreservação, uma técnica de preservação conduzida a temperaturas ultrabaixas.
“Você pode usar este robô para injetar nanopartículas em células e tecidos que auxiliam na criopreservação e no processo de reaquecimento posterior”, explicou Kodandaramaiah.
Outros membros da equipe destacaram outras aplicações da tecnologia que poderiam ter ainda mais impacto.
"Esperamos que esta tecnologia possa eventualmente ser usada para fertilização in vitro, onde você possa detectar esses óvulos em nível de microescala", disse Andrew Alegria, co-autor principal do artigo e assistente de pesquisa de pós-graduação em engenharia mecânica da Universidade de Minnesota no Biosensing. e Laboratório de Biorobótica.
Além de Kodandaramaiah, Gohl, Alegria e Joshi, a equipe incluiu vários pesquisadores da Faculdade de Ciência e Engenharia da Universidade de Minnesota e do Laboratório de Inovação do Centro de Genômica da Universidade de Minnesota. A equipe venceu recentemente a competição de ciências biológicas "Walleye Tank" da Universidade. Esta competição de ciências biológicas oferece oportunidades educacionais e promocionais para empresas médicas e de ciências biológicas emergentes e estabelecidas.
Esta pesquisa foi concluída em colaboração com o Centro de Pesquisa de Engenharia para Tecnologias Avançadas para a Preservação de Sistemas Biológicos (ATP-Bio) e o Zebrafish Core da Universidade de Minnesota.
