Lo último en automatización de laboratorios

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¿Qué es la automatización del laboratorio?

La automatización del laboratorio es un proceso que combina flujos de trabajo de investigación comunes y tecnologías como robótica, computadoras e instrumentos de manipulación de líquidos.¹ Aunque los científicos han recurrido a enfoques automatizados para más de un siglolas aplicaciones e innovaciones que permiten la automatización del laboratorio continúan evolucionando con avances constantes en alto rendimiento tecnologías.^1,2 A pesar de las necesidades y técnicas en constante cambio, un hilo común en la automatización del laboratorio permanece constante; automatización de laboratorio reduce o elimina tareas de investigación manuales, mejorando la eficiencia experimental, la accesibilidad y la reproducibilidad.^2,3

Semiautomatizado versus totalmente automatizado

Tanto los flujos de trabajo semiautomáticos como los totalmente automatizados reducen el trabajo manual y, por lo tanto, ahorran tiempo y reducen las oportunidades de error humano. Sin embargo, el costo y la disponibilidad de equipos son obstáculos comunes para la automatización del laboratorio. investigadores académicos.⁴ Para superar estas barreras, los científicos deben adaptar su enfoque de automatización a las necesidades específicas de su aplicación.

Los científicos seleccionan herramientas automatizadas según el tipo y la escala de la tarea. Los investigadores que pretenden automatizar una tarea única y repetitiva pueden utilizar un semiautomático Enfoque que integra robótica simple y trabajo o supervisión manual.^3,5 Por ejemplo, los investigadores de genómica mejoran sus flujos de trabajo de secuenciación de próxima generación con manipulación de líquidos semiautomática; Los científicos realizan manualmente pasos experimentales más complejos en el flujo de trabajo, como la extracción de ácidos nucleicos, y utilizan robots de manipulación de líquidos para tareas programables, como dispensar reactivos en placas de varios pocillos antes de la secuenciación.⁵

A diferencia de los enfoques semiautomáticos, los procesos totalmente automatizados permiten no intervenir multitarea. Esto incorpora robótica y programación informática en muchos pasos del flujo de trabajo, incluida la transferencia de reactivos, la preparación de muestras, la detección de resultados y el almacenamiento de muestras. Los enfoques totalmente automatizados, como las estaciones de trabajo de manipulación de líquidos, suelen integrar tecnologías y herramientas de automatización de una sola tarea, como bombas, agitadores, lectores de placas, centrífugas, bloques calefactores y dispositivos de termociclado.⁵

Ejemplos de manipulación de líquidos de automatización de laboratorio

¿Cómo utilizan los investigadores la automatización del laboratorio?

Manipulación de líquidos y microfluidos.

Tradicional robots de manipulación de líquidos que manipulan pipetas y receptáculos son ejemplos comunes de herramientas de automatización de laboratorio.⁴ Sin embargo, históricamente los manipuladores de líquidos han sido caros y técnicamente complejolo que requiere técnicos especializados para su instalación y funcionamiento, algo que es inaccesible para muchos laboratorios de investigación.⁶ Hoy en día, los avances tecnológicos conducen a productos más disponibles comercialmente, asequibles y adaptables. manipuladores de líquidos,⁴ así como alternativas automatizadas de manejo de líquidos como dispositivos de microfluidos.⁶

A diferencia de los robots que manipulan líquidos, los microfluidos permiten a los investigadores controlar líquidos a escala microscópica. Los investigadores utilizan dispositivos de microfluidos para automatizar Biología sintética protocolos y métodos de cultivo celular. Además, los dispositivos de microfluidos, como los analizadores de fragmentos, son cada vez más populares entre los investigadores que trabajan con ácidos nucleicos y aplicaciones de secuenciación de próxima generación.⁶

Proyección de alto impacto

Los científicos suelen realizar pruebas de detección de alto rendimiento para acelerar y ampliar el descubrimiento molecular, incluido el desarrollo de fármacos. Las nuevas plataformas automatizadas y herramientas analíticas permiten a los investigadores académicos e industriales recopilar y procesar grandes cantidades de datos para proyección de alto impacto ensayos.⁷ Por ejemplo, miniaturización como la tecnología de laboratorio en un chip reduce los costos de fabricación y los requisitos de espacio de laboratorio para ensayos bioanalíticos semiautomáticos, lo que permite a los científicos obtener tasas de detección rápidas. Además, las plataformas automatizadas basadas en microplacas compuestas por múltiples computadoras, sistemas operativos, software de programación y un robot central de manipulación de líquidos permiten la detección de compuestos semiautomática y totalmente automatizada, con mayor velocidad y reproducibilidad que los procesos manuales.⁷ Muchas plataformas automatizadas utilizan actualmente basado en matrices formatos de pocillos múltiples adecuados para una variedad de aplicaciones de alto rendimiento, incluidos inmunoensayos de alta densidad y micromatrices celulares.^6,7

Inmunoensayos

Desde inmunoensayos en matriz hasta técnicas basadas en transferencias, la automatización del laboratorio facilita flujos de trabajo más rápidos y reproducibles. Por ejemplo, los manipuladores de líquidos pueden disponer robóticamente anticuerpos para formatos de pocillos múltiples, como los ensayos inmunoabsorbentes ligados a enzimas (ELISA) o manchado en membranas con tecnologías de microfluidos como litografía suave.^7,8 Estas tecnologías automatizadas ayudan a los científicos a superar limitaciones de los flujos de trabajo de inmunoensayos convencionales, reduciendo el desperdicio de muestras y anticuerpos, acelerando los tiempos de análisis y aumentando multiplexación capacidad.^8,9

Informes y gestión de datos automatizados

Las herramientas de automatización de laboratorio adoptan muchas formas y cumplen muchas funciones, incluidos microprocesadores de gestión de datos y computadoras conocidas como sistemas de información de laboratorio (LIS) o sistemas de gestión de información de laboratorio (LIMS). Incluso antes de que las computadoras personales estuvieran ampliamente disponibles, los científicos recurrieron a una variedad de dispositivos que permiten la automatización para informes y gestión de datos, como registradores gráficos y fotocélulas.¹ Hoy en día, las interfaces multifunción, programables y controladas por computadora permiten la transferencia de datos bidireccional entre instrumentos de laboratorio y LIS para experimentos analíticos legibles por máquina, incluidos registros de pasos del proceso e informes de datos. Además, los avances en la potencia informática y inteligencia artificial Hacer que la automatización del laboratorio sea más accesible avanzando hacia la próxima generación de tecnologías de investigación: laboratorios remotos.¹⁰

Laboratorios remotos: biofundiciones y laboratorios en la nube

Laboratorios de investigación remotos como biofundiciones y laboratorios en la nube ayudar a más científicos a implementar experimentos total o semiautomatizados sin poseer tecnologías especializadas.⁶ Tanto las biofundiciones como los laboratorios en la nube implican sistemas integrados donde los científicos envían experimentos y reciben lecturas digitalmente. Una biofundición suele incluir un laboratorio central ampliamente automatizado para una variedad de aplicaciones, en gran medida relacionadas con la manipulación del ADN y Biología sintética. De manera similar, un laboratorio en la nube es una instalación central altamente automatizada donde los investigadores pueden realizar experimentos controlando de forma remota equipos automatizados.⁶

Las biofundiciones suelen operar a través de un modelo de servicio; Los investigadores programan experimentos en un laboratorio automatizado y reciben resultados digitales junto con cualquier dato de proceso relevante. Un laboratorio en la nube ofrece a los investigadores más libertad, ya que funciona como un laboratorio robótico que el científico controla desde detrás de una computadora a través de Portales web e interfaces de programación de aplicaciones (API)..^6,11,12

Estos espacios de investigación remotos son opciones florecientes para la automatización de laboratorios industriales y académicos, con dos opciones actuales laboratorios en la nube administrados por la empresa con sede en los EE. UU. (Emerald Cloud Lab y Strateos, anteriormente Transcriptic) y varios biofundiciones no comerciales con sede en Europa, Asia, Oceanía y América del Norte.^6,12

Referencias

1. Olsen K. Los primeros 110 años de automatización de laboratorios: tecnologías, aplicaciones y el científico creativo. J Lab Autom. 2012;17(6):469-80.
2. Reynolds T. ¿Qué es la automatización en la ciencia de alto rendimiento? Universidad Estatal de Carolina del Norte. Consultado el 12 de octubre de 2023.
3. Baillargeon P, et al. Diseño de paneles de iluminación compatibles con microplacas para un sistema de pipeteo de mesa semiautomático. Tecnología SLAS. 2019;24(4):399-407.
4. Holanda I, Davies JA. Automatización en el laboratorio de investigación de ciencias biológicas.. Frente Bioeng Biotecnología. 2020;8:571777.
5. Tegally H, et al. Liberar la eficiencia de los laboratorios de genómica con manipulación robótica de líquidos. Genómica BMC. 2020;21(1):729.
6. Jessop-Fabre MM, Sonnenschein N. Mejora de la reproducibilidad en biología sintética. Frente Bioeng Biotecnología. 2019;7:18.
7. Szymanski P, et al. Adaptación del cribado de alto rendimiento en pruebas de cribado toxicológico para el descubrimiento de fármacos.. Int J Mol Ciencia. 2012;13(1):427-52.
8. Yang C, et al. Diseño avanzado y aplicaciones de microfluidos digitales en campos biomédicos: una actualización de los avances recientes. Bioelectrón Biosens. [published online: October 01, 2023].
9. Deseo CT, et al. El desarrollo de la transferencia Western basada en microfluidos: avances técnicos y perspectivas futuras. J cromatógrafo A. 2023;1691:463813.
10. Bai J, et al. De la plataforma al gráfico de conocimiento: Evolución de la automatización del laboratorio. JACS Au. 2022;2(2):292-309.
11. Groth P, Cox J. Indicadores para el uso de laboratorios robóticos en investigación biomédica básica: un análisis de la literatura. PeerJ. 2017;5:e3997.
12. Holowko MB, et al. Construyendo una biofundición. Sintetizador Biol (Oxf). 2021;6(1):ysaa026.