机器学习驱动的机器人简化了基因研究过程

　　

明尼苏达大学双城分校的研究人员已经构建了一个机器人，它使用机器学习来完全自动化基因研究中使用的复杂显微注射过程。

在他们的实验中，研究人员能够使用这个自动化机器人来操纵多细胞生物的基因，包括果蝇和斑马鱼的胚胎。这项技术将节省实验室的时间和金钱，同时使他们能够更容易地进行新的、大规模的基因实验，这在以前使用手工技术是不可能的

这项研究被刊登在《遗传学》2024年4月刊的封面上，这是一本同行评审、开放获取的科学杂志。这项工作由明尼苏达大学机械工程研究生安德鲁·阿莱格里亚和艾米·乔希共同领导。该团队还在努力将这项技术商业化，使其通过明尼苏达大学的初创公司“目标生物技术”得到广泛应用。

显微注射是一种使用非常细的移液管将细胞、遗传物质或其他物质直接导入胚胎、细胞或组织的方法。研究人员已经训练机器人检测百分之一米粒大小的胚胎。检测后，机器可以计算路径并自动进行注射过程。

这种新工艺比人工注射更稳健，可重复性更强。有了这个模型，单个实验室将能够想出没有这种技术就无法完成的新实验。”

明尼苏达大学机械工程副教授、该研究的资深作者Suhasa Kodandaramaiah说

通常，这种类型的研究需要高度熟练的技术人员来进行显微注射，而许多实验室都没有。这项新技术可以扩大在实验室进行大型实验的能力，同时减少时间和成本。

“这对遗传学世界来说是非常令人兴奋的。这项研究的合著者、明尼苏达大学基因组学中心创新实验室的组长、遗传学、细胞生物学和发育系的研究助理教授达里尔·戈尔(Daryl Gohl)说:“近年来，书写和读取DNA的能力得到了极大的提高，但拥有这项技术将提高我们在广泛的生物体中进行大规模基因实验的能力。”

这项技术不仅可以用于基因实验，还可以通过超低温保存技术来保护濒危物种。

Kodandaramaiah解释说:“你可以用这个机器人将纳米颗粒注入细胞和组织中，这有助于冷冻保存和之后的再加热过程。”

其他团队成员强调了该技术可能产生更大影响的其他应用。

“我们希望这项技术最终可以用于体外受精，在那里你可以在微观层面上检测这些卵子，”安德鲁·阿莱格里亚说，他是该论文的共同主要作者，也是明尼苏达大学生物传感和生物机器人实验室机械工程研究生的研究助理。

除了Kodandaramaiah、Gohl、Alegria和Joshi之外，该团队还包括来自明尼苏达大学科学与工程学院和明尼苏达大学基因组学中心创新实验室的几名研究人员。该团队最近赢得了大学的“Walleye Tank”生命科学竞赛。这项生命科学演讲比赛为新兴和成熟的医疗和生命科学公司提供了教育和推广机会。

这项研究是与生物系统保存先进技术工程研究中心(ATP-Bio)和明尼苏达大学斑马鱼中心合作完成的。

该论文由美国国立卫生研究院、明尼苏达海洋基金和美国国家科学基金会资助。明尼苏达大学的观点和经验多样性(DOVE)奖学金和明尼苏达大学信息学研究所(UMII)的明尼苏达发现、研究和创新经济(MnDRIVE)奖学金提供了额外的支持。