会议邀请 | Opentrons 邀您一起探讨 AI 自动化检测技术,展望分子生物学实验前沿

查看详情


2020 年 03 月 17 日

客户访谈 | 埃默里大学助理教授 Adam Ericsen 的OT-2 使用体验

Adam Ericsen 利用全自动基因分型、微生物测序和免疫学检测研究HIV 宿主-病毒相互作用。

Adam Ericsen 是埃默里大学耶克斯国家灵长类动物研究中心基因组学核心实验室的助理教授和助理主任。他的重点项目是研究宿主免疫反应的调节剂,这是一个由很多复杂步骤组成的系统,而他于 2018 年 4 月开始将三台 Opentrons 移液机器人集成到他的实验室工具包中,以这种创新的、自动化的方式进行实验研究。

我们与 Adam 进行了交谈,了解这些机器人如何帮助实现他整个实验室的自动化。

Adam Ericsen (前面这位)与他的 3 名 OT-2 以及实验室成员 Nathan Gullicksrud、Steven Plonk 和 Yuhui Wu(从左到右)。 图片来源:Adam Ericsen

Opentrons: 请您介绍一下您的研究背景

Adam Ericsen: 我获得了威斯康星大学麦迪逊分校病理学博士学位。通过培训成为了一名免疫遗传学和传染病研究员,我目前的工作主要集中在了解HIV感染中的宿主与病毒的相互作用。我主要使用猕猴作为这项研究的模型。

Opentrons: 您的研究项目是什么样的?

Adam: 在过去的十年里,我一直在研究遗传和环境因素如何改变病毒感染动物的疾病进展。

Opentrons: 您在实验室的日常工作是怎样的?

Adam: 我们的实验室运行着大量的基因分型、宿主和微生物测序以及免疫学检测。从宏观上看,我们致力于了解疾病进展是如何被遗传和非遗传因素所影响的,以找到可操作的生物学途径来减缓或完全阻止艾滋病在HIV感染者中的恶化。

我们的实验室非常新,而且很难将技术人员训练到能够独立进行多种类型的检测。我需要我们的实验室擅长全血处理、白细胞层和血浆分离、DNA 分离(从任何和所有样本类型)、定量分子检测和流式细胞术。这听起来或许会让人觉得野心勃勃?也许是这样的……但为了进行有意义的研究,我需要我的小型实验室像大型实验室一样运作。

对我们来说,一个常见的协议是把血液高速旋转离心并将其分离成几个部分。要达到我们现在所处的水平并不容易,但是建立一个相当常规的血液处理工作流程是必不可少的。训练一个新实验室——我的新团队——去做一个同类的检测是非常费时费力的。我不断地提醒自己,花时间训练我的团队是值得的,但我的决心持续时长有限。

这就是 Opentrons 机器人的作用:即使我无法亲自在实验室里,我也需要我的经验、我的训练和我的双手在实验室里。

Opentrons: 您为什么选择OT-2?

训练一个新实验室——我的新团队——去做“就像这样”的检测是非常耗时和压力的……这就是 Opentrons 机器人的作用:即使我无法亲自在实验室里,我也需要我的经验、我的训练和我的双手在实验室里。

Adam: 我在 OT-2 即将上市之前就听说过 Opentrons。我被 Opentrons 的开源程序所吸引:我可以随时添加、修改和增强核心功能,这让我的小实验室只需购买一次机器,借助代码的魔力,就可以显著提升实验效率。正如我的一位技术人员所描述的那样,“我们可以编写好代码,然后看着它工作。”

我们最终将 SQL、C++、PHP、JS、HTML5 和 Python 结合起来,构建了一个自定义的基于 Web 的前端界面,用于管理我们的 Opentrons 协议的所有交互(如果没有 API 的扩展文档,我们就无法做到这一点)。我可以坐在波特兰的机场,同时控制我们在亚特兰大实验室的一台 OT-2 移液机器人。可能有点儿花哨,但这只是我们能够完成的任务的一个例子。

也许更重要的是,机器人可以与我们的样本和试剂库存进行交互,还能调用 Google 语音 API。自从我们开始面临效率的困境以来,正如我的家人所说,我们一直在“自动化一切”。我们一起编写了大量的 Python 模块,每个完成的协议运行都会向我们的实验室服务器发送消息,以确保所有重要项(如实验室器具定义、机架位置、体积等)都是最新的。

我们已经采用 OT-2 平台来代替原本我需要培训新的技术人员执行的手动检测工作。现在,我们团队已经基本脱离手动操作了。我开玩笑说,一旦机器人能够写资助申请和手稿,我们就可以在公园里完成所有的工作了。

我们已经接纳了 OT-2 平台,以执行原本需要培训新技术人员手动进行的每个检测工作。

Opentrons: 您具体使用 OT-2 来做什么,以及它如何适应您的工作流程?

Adam: 我们完全自动化了以下流程,包括 PCR、Fluidigm、流式细胞术、血液处理(离心后)和核酸分离检测。如果实验有需求,我们会自己设计定制的实验室器具,我的妻子使用 3D 打印技术把器具打印出来。我们所有的实验室器具都是由微芯片控制的,任何加载到机器人上的东西都会通过条形码或 RFID 进行扫描:机器人会与服务器进行检查,确保正确的样本在它们应该在的地方。

我们甚至可以完全处理已经先离心下来的全血样本。我组里的 Nathan Gullicksrud 想出了一个方法,将血瓶固定在特定的高度,这样我们就可以轻松地提取血浆和白细胞层。这意味着我们可以对血浆进行分馏、分离血浆、清理白细胞,就可以了——它们已经准备好了。很显然,我们可以在几个小时内处理多达 96 个同时进行的 vacutainers,且需要人工干预的环节很少。我们迅速扩展到原本难以想象的的吞吐量。

我们迅速扩展到原本难以想象的的吞吐量。 有了 OT-2,我们节省了大量时间。

Opentrons: 您如何定制 OT-2 以适配您所需的工作流程?

Adam: 我编写了一个完整的接口来连接 OT-2。我们还进行了几次硬件修改——包括钻孔,并在每个板位放置微芯片扫描器和光电传感器。机器人会提示:“注意。注意。运行已暂停。为了您的安全,请关闭前窗”,或“从 DNA 输入板上的 X 列转移 DNA 到……”因此,我们几乎可以做任何事情——从全血及其所有输出,到全自动的 DNA 检测。

我的目标是让我的团队成员能够从事更有意义的活动。而不是每天坐在生物安全柜前好几个小时……在研究实验室的技术专长可以远不止于此。Opentrons 平台激发了我的雄心壮志,甚至让我有些过于雄心勃勃,我愿意开展更大范围和规模的研究工作作为新PI。

放置在 OT-2 甲板下方的 3D 打印 RFID 传感器。 图片来源:Adam Ericsen

Opentrons: 您使用OT-2的真实体验是?

Adam: Opentrons 是我使用的第一个可以自由定制的液体处理机器人。我在 Opentrons API 之上编写了核心 Ericsen Lab 代码,当我们遇到错误或问题时,我们咨询了 Opentrons 支持团队,他们会帮助我们推动解决问题,我会根据需要修改或重新构建我们的方法,并与支持团队密切合作。

我有一个很棒的团队。作为一名新晋研究员,我感到非常幸运。然而,我的团队中没有人具备编程专业知识。我告诉他们,我想建立一个自动化、智能化和积极的研究计划。我把他们带在机器人前面说:“我们要一起解决这个问题。”我们没有对传统检测的手动方面进行培训,而是通过编写代码让 OT-2 执行这些操作。对实验室的培训过程变成了与机器人一起训练,以成功执行基本检测到可以执行复杂实验。这使我的团队获得了我们需要的检测方面的专业知识。我的目标是建立一个热情而勤奋的创意团队,他们可以成功执行以前从未尝试过的复杂检测或实验项目。我相信使用 Opentrons 可以为我省下更多时间,因为他们将从机器人身上学习,实验室的互联将保护研究数据、记录并确保我们能够支持我们所生产的工作。

如果在我实验室里使用的机器人不是开源的,那么它只是一双替手——只是买代劳的话我可不用花这么多钱。

Opentrons: 您对实验室自动化过程的期望是什么?

Adam: 我从未考虑过失败。为研究实验室购买机器人与购买以消费者为中心的流行设备不同。最初,我遇到了很多沮丧的研究人员,他们不知道要花多长时间才能让 Opentrons 机器人启动并运行。确实,使用Opentrons 机器人需要一定的学习过程。但是,通过 Python 控制实验室机器人,资源有限的年轻实验室可以以较低的成本实现超越。我的机器人就放在实验室的流式细胞仪旁边,而流式细胞仪的成本是 OT-2 的10 倍。

Opentrons: 您的 OT-2 有什么优点或缺点?

Adam: OT-2 很棒!OT-2 可以做简单的事情,但也可以做其他平台无法做到的事情。

Opentrons: 在您使用 OT-2 之前是否使用过任何实验室自动化设备?

Adam: 实际上没有。但是当我听说你们使用 Python 后端时,我想:“我能做到!”我和我的妻子正在进行3D 打印,我们对学习曲线如此相似感到惊讶。

Opentrons: 您是否还有其他新的自动化研究计划?

Adam: 嗯,我们刚刚又订购了两台 OT-2,所以肯定是的!OT-2 支持我们正在做的事情的速度和完整性。很多专有平台存在的限制,而 OT-2 是开源的,这点对我非常有吸引力。如果在我的实验室里使用的机器人不是开源的,那么它只是一双替手——只是买代劳的话我可不用花这么多钱。

自 18 个月前我们收到它以来,OT-2 已经成为实验室日常生活中不可或缺的一部分。这是一项重要的早期投资——我原本可以将这笔资金用于培训员工,但我认为机器人及其平台是我们资源更有价值的利用方式。我们进行的是非常先进的检测;使用机器人进行操作,而我们只需更换一些移液器就好。

Opentrons: 关于 OT-2,您还有哪些有趣的事情分享给大家?

Adam: 我们做了一件非常有趣且令人难以置信的事,我们已经结合了谷歌语音 API 来让机器人进行播报,比如它什么时候液体用完了,或者什么时候需要吸头,以及它是从什么测试开始。它可以用这种温柔的女声进行播报。这一点让我感到非常惊喜!

OT-2 不是取代我工作的机器人。相反,它把我的工作变成了更有成就感的事情。我们还在 OT-2 旁边投资了一台台式流式细胞仪。初创实验室一般不会在新设备上投入这么多钱,但我能够通过机器人获得所有这些功能,所以并不昂贵。培训一个人使用细胞仪可能需要几个月的时间,但使用 OT-2,我们可以轻松地培训人们以更高效的方式进行血液采样。

OT-2 已迅速成为我们实验室团队不可或缺的重要成员。

考虑到文章篇幅和为了给您更好的阅读体验,本次采访内容已经过编辑。

相关阅读

加载更多

联系我们

经验丰富的服务团队和强大的生产支持团队为客户提供无忧的订单服务。