L’Institute of Bioorganic Chemistry della Polish Academy of Sciences, in collaborazione con Mitsubishi Electric, Labomatica e Perlan Technologies, ha sviluppato il sistema robotico Agamede, progettato per accelerare considerevolmente la diagnosi del virus SARS-CoV-2: il sistema è infatti in grado di analizzare 15.000 singoli campioni al giorno.
Oltre ad automatizzare le comuni attività di laboratorio, Agamede combina automazione e intelligenza artificiale (AI) per generare un’esclusiva configurazione “a circuito chiuso”. Ciò significa che sono i robot a predisporre le prove, leggere i risultati al momento opportuno e interpretare i dati sfruttando il software Gene Game di Labomatica per preparare in autonomia il successivo ciclo sperimentale. Gli operatori devono solo impostare il quesito, progettare il sistema sperimentale e verificare la correttezza di sequenze e operazioni. Agamede può eseguire analisi ed elaborarne i risultati per 24 ore al giorno.
L’integrazione di AI e automazione in una soluzione ad elevata produttività è una svolta rivoluzionaria. La maggior parte degli attuali sistemi automatizzati ad alto rendimento richiede ancora che un operatore consulti i risultati e pianifichi la successiva batteria di esperimenti dopo il completamento del ciclo, mentre Agamede lo fa di default.
“Il modulo AI consente al sistema di interpretare le prove senza interventi da parte dell’uomo, ma basandosi unicamente su modelli matematici”, spiega Radosław Pilarski, PhD, inventore e ingegnere capo del sistema. “Questa soluzione può essere impiegata da laboratori diagnostici centrali, aziende farmaceutiche per lo sviluppo di medicinali, laboratori oncologici in cerca di terapie mirate per i pazienti, o anche reparti R&D di aziende chimiche e biotecnologiche per ottimizzare i bioprocessi.”
Un sistema di robotica nato nel 2015
L’IBCH PAS ha iniziato a sviluppare AGAMEDE nel 2015, destinandolo originariamente a EPICELL, un progetto finanziato dal National Centre for Research and Development (NCBiR) nell’ambito del programma “Prevenzione e trattamento delle malattie della civiltà” – STRATEGMED. Scopo del progetto era sviluppare mezzi specifici per la coltura dei cardiomiciti derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC).
Alla fine di marzo 2020 l’IBCH PAS ha dirottato tutte le infrastrutture sulla diagnosi del SARS-CoV-2. “Il nostro istituto è stato il primo in Polonia a sviluppare un test per il rilevamento del virus SARS-CoV-2. Applicando da subito le funzioni di automazione di AGAMEDE ai nostri esami, abbiamo messo a punto un protocollo diagnostico ad alto rendimento che consente di verificare 15.000 campioni al giorno. Questo, almeno, è il potenziale, perché l’IBCH PAS, in quanto ente scientifico, non dispone di un laboratorio di diagnosi accreditato. È un risultato straordinario se consideriamo che, con il tradizionale metodo manuale, un tecnico può analizzare al massimo qualche centinaio di campioni al giorno”, spiega il Prof. Marek Figlerowicz, direttore dell’IBCH PAS.
Mitsubishi Electric ha fornito i controllori logici programmabili, il software MELFA Basic e un robot industriale antropomorfo a braccio lungo, che è il componente cardine del sistema. Gli strumenti robotici integrati consentono di svolgere esperimenti su microscala con micropiastre da 96 a 384 pozzetti, replicando il lavoro di un tecnico di laboratorio che utilizza ininterrottamente gli strumenti di analisi. L’applicazione include anche incubatori per colture cellulari industriali, erogatori di piastre e puntali, stazioni di pipettaggio, etichettatrici, lettori di codici a barre, sigillatori per piastre, lettori per misure in fluorescenza e spettrofotometri. Una delle specificità di Agamede è quella di essere dotato di un microscopio confocale automatico a quattro canali di fluorescenza per High-Content Analysis (HCA). Il dispositivo è completato da un dispenser acustico che rilascia quantità di liquido nell’ordine dei nanolitri (milionesimi di millilitro) a intervalli rapidissimi, riducendo i costi di ricerca a tutto vantaggio della produttività. In questo modo, è possibile condurre esperimenti sfruttando un catalogo di oltre 115.000 composti chimici.
Tomasz Scholz, Robotics Engineer di Mitsubishi Electric, dice: “Agamede è un progetto interdisciplinare che unisce più mondi: robotica, informatica, design industriale, matematica, biologia, chimica. Le soluzioni di cui è composto sono uniche e innovative. Come in molti altri progetti, la sfida principale era stabilire un obiettivo ben preciso e la via per raggiungerlo. Il segreto è stato trovare un linguaggio tecnico comune, che permettesse a esperti di campi diversi di comunicare sullo stesso piano e chiarire le loro aspettative. Spesso è stato difficile colmare il gap tra l’universo accademico, che ragiona in termini astratti, e quello industriale, che invece segue un modello fisso”.
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