12/08/2024
Door Ad Spijkers
Een door medici en robotici ontwikkelde laboratoriumopstelling helpt bij onderzoek aan veel voorkomende ziekten.
ABB Robotics en het Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI) in het Texas Children’s Hospital in Houston hebben een medische doorbraak bereikt. Ze hebben een geautomatiseerd voor de Drosophila melanogaster (fruitvlieg) gecreëerd met ABB’s YuMi cobot. Hiermee ondersteunen ze de studie van ziekten zoals Alzheimer, Huntington en Parkinson.
Fruitvliegjes overbrengen
Het is de eerste automatiseringsoplossing waarbij de vliegjes niet geïmmobiliseerd hoeven te worden met verdovingsmiddelen zoals koolstofdioxide voor de overdracht. Deze stap in eerdere automatiseringsoplossingen kan een negatieve invloed hebben op het gedrag van de vliegjes en de nauwkeurigheid van de onderzoeksresultaten.
De YuMi cobot voert dezelfde bewegingen uit als menselijke onderzoekers om de vliegjes tussen flesjes te tikken en te verplaatsen. Hierdoor wetenschappers kunnen zich richten op voor de missie kritieke taken zoals de ontdekking van nieuwe paden en het testen van de werkzaamheid van nieuwe medicijnen bij de behandeling van neurologische aandoeningen. Hierdoor is het niet meer nodig om de vliegjes te verdoven voor het overbrengen, wat de nauwkeurigheid van de resultaten verbetert en het overdrachtsproces versnelt.
Onderzoekers hebben in de loop der jaren aanzienlijke stappen gezet in de automatisering van laboratoria. Maar sommige cruciale taken worden nog steeds handmatig uitgevoerd, wat van invloed kan zijn op de resultaten. De armen van YuMi werken onafhankelijk maar op een gecoördineerde manier. Hierdoor is het mogelijk om het overbrengen van levende vliegjes tussen flesjes te automatiseren.
Fruitvliegjes
Het fruitvliegje wordt veel gebruikt in de studie van verschillende aspecten van biologie, waaronder genetica, ontwikkeling en gedrag. Drosophila melanogaster deelt veel genetische en ontwikkelingsmarkers met mensen en wordt wereldwijd gebruikt in studies naar neurologische ziekten bij mensen.
Als onderdeel van routineonderhoud voeren onderzoekers de fruitvliegjes door ze elke dertig dagen over te brengen in flesjes met vers voedsel. Een typisch laboratorium heeft ongeveer 20.000 flesjes en onderzoekers besteden ongeveer 20% van hun werkdag aan het 'flippen van vliegjes'. Dit doen ze door een flesje met de voorraad vliegjes over een flesje met vers voedsel te plaatsen en erop te tikken om de vliegjes te laten vallen. Alle pogingen om het proces tot nu toe te automatiseren, hielden in dat de vliegjes tijdens de overdracht buiten de flesjes werden blootgesteld, waardoor verdoving nodig was.
Laboratoriumopstelling
Ingenieurs van ABB Robotics werkten samen met onderzoekers bij Duncan NRI om een werkstation voor het overbrengen van vliegjes te ontwerpen en bouwen. De opstelling omvat een YuMi cobot, een tafel vol flesjes voor overdracht, een barcode- en etiketteerunit en een afvalkoker.
Door de fruitvliegbiologie en de expertise van grote aantallen bij Duncan NRI onderzoekers te combineren met de automatiseringsexpertise van ABB-ingenieurs, ontstond een op een cobot gebaseerde oplossing. Het werkstation verkort tijd, elimineert spanningsverlies en maakt het mogelijk om meer experimenten parallel uit te voeren.
De YuMi verwerkt het hele proces van het omdraaien van fruitvliegjes, wat inhoudt dat tien voorgeprogrammeerde stappen snel achter elkaar worden uitgevoerd. De cobot gooit de flesjes vervolgens weg met het oude voedsel om kruisbesmetting te voorkomen.
Barcodes en etiketten
Een belangrijke functie die in de robot is geïntegreerd, is het vermogen om barcodes te lezen en etiketten te printen. De cobot brengt deze op de flesjes aan met informatie over de stam en het genotype tijdens de overdracht. Deze functie zorgt voor een nauwkeurige tracking en beheer van de Drosophila-stammen. De geavanceerde sensortechnologieën van de robot maken het mogelijk om flesjes nauwkeurig te plaatsen in standaard kartonnen rekken. De onderzoekers hebben hierdoor de optie om bestaande flesjesrekken te blijven gebruiken, wat de operationele kosten verlaagt.
Nog belangrijker is dat deze robot is ontworpen om coöperatief en veilig te zijn voor menselijke interactie. De bewegingsgevoelige armen zijn uitgerust om mensen of objecten in de buurt te detecteren, waardoor de beweging onmiddellijk wordt gestopt om ongelukken te voorkomen, wat zorgt voor een veilige, collaboratieve werkruimte.
Foto: ABB Robotics