Verbind je met ons

Plato verticaal zoeken

Biotechnologie

Volta Labs: workflows voor genetische toepassingen verbeteren

De kosten van DNA-sequencing zijn sneller gekelderd dan de wet van Moore, waardoor grote markten in de sequencing-ruimte zijn geopend. Genomics voor kankerzorg alleen wordt voorspeld dat het tegen 23 $ 2025 miljard zal bereiken, maar de voorbereidingskosten van monsters voor sequencing zijn gestagneerd, wat een aanzienlijk knelpunt in de ruimte veroorzaakt.

Conventionele monstervoorbereiding, bijvoorbeeld het omzetten van DNA uit een speekselmonster in iets dat naar een sequencing-machine kan worden gevoerd, is afhankelijk van een vloeistofbehandelingsrobot. Het is in wezen een mechanische arm uitgerust met pipetpunten die vloeibare monsters naar plastic platen en andere instrumenten verplaatst die op het dek zijn geplaatst. Deze systemen omvatten meerdere vloeistofoverdrachten die leiden tot een slecht gebruik van reagentia en monsters, wat betekent dat er minder DNA-sequenties worden bepaald. Bovendien zijn het systemen van afzonderlijke gegevenssilo's die geen integratie hebben en afhankelijk zijn van dure verbruiksartikelen.

In tegenstelling tot traditionele automatisering van vloeistofverwerking, biedt de reeks oplossingen die zijn ontwikkeld door MIT Media Lab spin-off Volta Labs end-to-end integratie voor een breed scala aan workflows. Het is een gestroomlijnd alternatief voor dure vloeistofverwerkingsmachines en handmatig pipetteren. "Onze technologie is een kleinschalig, benchtop-apparaat dat goedkoop is en minimaal verbruiksartikelen heeft, waardoor een snelle en flexibele samenstelling van nieuwe biologische workflows mogelijk is", zegt Volta Labs mede-oprichter en hoofd Engineering Will Langford SM '14, PhD '19.

Het Volta-platform is gebaseerd op digitale microfluïdische technologie die is ontwikkeld aan het MIT door de mede-oprichter van Langford, Volta Labs CEO Udayan Umapathi SM '17. Het kernprincipe achter de innovatie heet electrowetting. Het stelt gebruikers in staat om druppeltjes rond een printplaat te manipuleren om biologische reacties uit te voeren, en automatiseert van onbewerkt monster tot voorbereide bibliotheek die op een sequencing-machine kan worden uitgevoerd.

Umapathi arriveerde bij het Media Lab met wat hij omschrijft als "een fascinatie voor gebouwautomatisering van de grond af aan". Hoewel hij is opgeleid als ingenieur, heeft Umapathi zijn vaardigheden op verschillende gebieden toegepast. In 2015 richtte hij een startup op die web- en fysieke tools creëerde om contentcreatie voor digitale productie mogelijk te maken. Toen hij echter werkte voor een bedrijf in synthetische biologie, dat vloeistofverwerkingssystemen ontwikkelde voor genome engineering-oplossingen, identificeerde hij de opschaling van automatisering als een pijnpunt voor het veld.

Ondertussen bracht Langford zijn MIT-dagen door in het Center for Bits and Atoms, een trots interdisciplinair programma dat de grens tussen informatica en natuurwetenschappen verkent. Zijn onderzoek was gericht op het idee dat techniek kan leren van biologie. Anders gezegd, al het leven is samengesteld uit 20 aminozuren, dus, dacht Langford, waarom zou je niet iets soortgelijks proberen met engineering?

In de praktijk betekende dit dat hij geïntegreerde robots bouwde uit een kleine set onderdelen op millimeterschaal. "Uiteindelijk probeerde ik techniek meer op biologie te laten lijken", blikt hij terug. "Ik zie Volta als een kans om dat op zijn kop te zetten en automatisering te gebruiken om biologie meer als techniek te behandelen. We willen biologen tools geven om vloeistoffen en biologische reacties fijner en met meer digitale flexibiliteit te manipuleren.”

Hoewel Volta's automatiseringsplatform de voorbereiding van monsters vereenvoudigt door gecompliceerde workflows te integreren, verlaagt het ook de kosten in de ruimte met een nieuwe consumable-constructie. Tussen de printplaat en de voorbeeldkaart bevindt zich een verbruikbare laag, die na elke run wordt verwijderd en teruggeplaatst. Conventionele verbruiksartikelen zijn dure, geleidend gecodeerde kunststoffen of grote microfluïdische structuren. Volta gebruikt echter een eenvoudige plastic film om de kosten van verbruiksartikelen te verlagen, wat de deur opent voor de wijdverbreide acceptatie van gensequencing.

Dit alles wijst op een efficiënter en inclusiever model in de gensequencing-ruimte. Dankzij Volta zijn het straks niet alleen grote biotechnologiebedrijven die kunnen investeren in automatisering. Academische laboratoria, kernfaciliteiten en kleine tot middelgrote biotechbedrijven hoeven zich geen zorgen te maken of ze zich een dure mechanische robot kunnen veroorloven. "Wat me opwindt, is dat we biotechbedrijven in een vroeg stadium en met een gemiddelde tot lage doorvoer krachtige tools bieden waarmee ze kunnen concurreren met grotere spelers, wat goed is voor de industrie als geheel", zegt Umapathi.

En het feit is dat traditionele automatiseringsmachines die in de biotechnologie worden gebruikt, hun eigen problemen hebben. Ze zijn foutgevoelig en je kunt ze niet schalen. Overweeg de NovaSeq-sequencer van Illumina. Het is in staat om 48 hele menselijke genomen in minder dan twee dagen te sequencen - dat zijn 20 miljard unieke reads - maar er is momenteel geen automatisering om die machines op grote schaal te voeden. "Om die machines dag in dag uit te laten draaien, zijn de kosten gewoon niet logisch, daarom moeten we de kosten van sequencing en monstervoorbereiding aanpakken", zegt Umapathi.

Advertentie. Scroll om verder te lezen.

Volta's systeem is gebouwd op solid-state elektronica en de in Boston gevestigde startup wil de schaalbaarheid van de halfgeleiderfabricage-industrie en de PCB-productie-industrie benutten. "Het doel", legt Langford uit, "is om biologen in staat te stellen een experiment te maken en het snel aan te passen, het te herhalen en de gegevens te genereren die nodig zijn om biologie op schaal te zien."

Afgezien van het knelpunt voor de voorbereiding van monsters, zal het werk van Umapathi en Langfordwork uiteindelijk van invloed zijn op een verscheidenheid aan toepassingen in de synthetische biologie-industrie en de biofarmaceutische industrie. Diagnostiek zal worden getransformeerd, aldus Umapathi. “We kunnen de biologie-industrie helpen door het gebruik van pipetpunten 20 of 50 keer te verminderen. In specifieke workflows kunnen we dit knelpunt in de supply chain bijna volledig elimineren”, zegt hij.

Om dit alles te bereiken, om echt te innoveren op een gebied dat zo complex is als de biologie, benadrukken Umapathi en Langford dat een multidisciplinair systeemperspectief essentieel is. Het is wat de Volta-benadering van genomische sequencing in het bijzonder, en de biologie als geheel, informeert. "Volta is een nieuw type biotechnologiebedrijf", zegt Umapathi. "Het is onvermijdelijk dat meer ingenieurs en systeemdenkers en degenen die tools willen bouwen om de biologie beter te ontwikkelen, zich bij bedrijven zoals het onze voegen of hun eigen bedrijf beginnen."

Biologie omzetten in een technisch principe is geen sinecure, maar volgens Umapathi en Langford is het een noodzaak.

PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.

Bron: https://news.mit.edu/2021/volta-labs-improving-workflows-genetic-applications-1014

Advertentie. Scroll om verder te lezen.
Geschreven Door

advertentie

Gerelateerde streams

Big data

Door Gertrude Chavez-Dreyfuss NEW YORK (Reuters) - Cryptocurrency-producten en -fondsen boekten een recordinstroom in de eerste 11 maanden van het jaar, als institutionele ...

Big data

Door Julia Love SAN FRANCISCO (Reuters) - Een groep voormalige Google-medewerkers heeft maandag de Alphabet Inc-eenheid aangeklaagd wegens het schenden van...

Big data

(Reuters) – Twitter Inc heeft maandag bedrijfsinsider en technologiehoofd Parag Agrawal gepromoot om Chief Executive Officer Jack Dorsey te vervangen. De sociale media...

Big data

(Reuters) – Twitter Inc heeft maandag bedrijfsinsider en technologiehoofd Parag Agrawal gepromoot om Chief Executive Officer Jack Dorsey te vervangen. De sociale media...