Logo Zephyrnet

Volta Labs: Cải thiện quy trình làm việc cho các ứng dụng di truyền

Ngày:

Chi phí giải trình tự DNA đã giảm mạnh với tốc độ nhanh hơn Định luật Moore, mở ra thị trường rộng lớn trong không gian giải trình tự. Chỉ riêng bộ gen để chăm sóc bệnh ung thư được dự đoán sẽ đạt 23 tỷ đô la vào năm 2025, nhưng chi phí chuẩn bị mẫu để giải trình tự đã bị đình trệ, gây ra tắc nghẽn đáng kể trong không gian.

Việc chuẩn bị mẫu thông thường, chẳng hạn như chuyển đổi DNA từ mẫu nước bọt thành thứ có thể được đưa đến máy giải trình tự, dựa vào một robot xử lý chất lỏng. Về cơ bản, nó là một cánh tay cơ học được trang bị các đầu pipet để di chuyển các mẫu chất lỏng sang các đĩa nhựa và các dụng cụ khác được đặt trên boong. Các hệ thống này liên quan đến nhiều lần chuyển chất lỏng dẫn đến việc sử dụng thuốc thử và mẫu kém, có nghĩa là trình tự DNA ít hơn. Hơn nữa, chúng là hệ thống chứa dữ liệu riêng biệt thiếu tích hợp và phụ thuộc vào vật tư tiêu hao đắt tiền.

Không giống như tự động hóa xử lý chất lỏng truyền thống, bộ giải pháp do MIT Media Lab phụ trách Volta Labs phát triển cung cấp khả năng tích hợp end-to-end cho nhiều quy trình công việc. Đó là một giải pháp thay thế kiểu dáng đẹp cho các máy xử lý chất lỏng đắt tiền và pipet thủ công. “Công nghệ của chúng tôi là một thiết bị để bàn, quy mô nhỏ, chi phí thấp và có mức tiêu hao tối thiểu, cho phép thành phần nhanh chóng và linh hoạt của các quy trình sinh học mới,” đồng sáng lập Volta Labs và Trưởng bộ phận Kỹ thuật Will Langford SM '14, Tiến sĩ cho biết. '19.

Nền tảng Volta dựa trên công nghệ vi lỏng kỹ thuật số được phát triển tại MIT bởi người đồng sáng lập Langford, Giám đốc điều hành Volta Labs Udayan Umapathi SM '17. Nguyên tắc cốt lõi đằng sau sự đổi mới được gọi là thiết bị điện. Nó cho phép người dùng thao tác các giọt xung quanh bảng mạch in để thực hiện các phản ứng sinh học, tự động hóa từ mẫu thô đến thư viện đã chuẩn bị có thể chạy trên máy giải trình tự.

Umapathi đến Media Lab với điều mà anh ấy mô tả là “niềm đam mê đối với việc xây dựng tự động hóa từ đầu”. Mặc dù được đào tạo như một kỹ sư, Umapathi đã áp dụng các kỹ năng của mình vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Năm 2015, anh thành lập một công ty khởi nghiệp chuyên tạo ra các công cụ vật lý và web để cho phép tạo nội dung cho sản xuất kỹ thuật số. Tuy nhiên, khi làm việc cho một công ty sinh học tổng hợp, kỹ thuật hệ thống xử lý chất lỏng cho các giải pháp kỹ thuật bộ gen, ông đã xác định việc mở rộng quy mô tự động hóa là một điểm khó khăn cho lĩnh vực này.

Trong khi đó, Langford đã dành những ngày MIT của mình tại Trung tâm Bits và Nguyên tử, một chương trình liên ngành đáng tự hào khám phá ranh giới giữa khoa học máy tính và khoa học vật lý. Nghiên cứu của ông tập trung vào ý tưởng rằng kỹ thuật có thể học hỏi từ sinh học. Nói một cách khác, tất cả sự sống đều được kết hợp từ 20 axit amin, vì vậy, Langford nghĩ, tại sao không thử một cái gì đó tương tự với kỹ thuật?

Trong thực tế, điều này có nghĩa là ông đã chế tạo các robot tích hợp từ một nhóm nhỏ các bộ phận có quy mô milimet. “Cuối cùng, tôi đã cố gắng làm cho kỹ thuật giống với sinh học hơn,” anh ấy phản ánh. “Tôi coi Volta là một cơ hội để lật tẩy điều đó và sử dụng tự động hóa để coi sinh học giống như kỹ thuật hơn. Chúng tôi muốn cung cấp cho các nhà sinh học công cụ để điều khiển chất lỏng và phản ứng sinh học ở mức độ chi tiết tốt hơn và với tính linh hoạt kỹ thuật số hơn ”.

Trong khi nền tảng tự động hóa của Volta đơn giản hóa việc chuẩn bị mẫu bằng cách tích hợp các quy trình công việc phức tạp, nó cũng giúp giảm chi phí trong không gian với một cấu trúc tiêu thụ mới. Giữa bảng mạch và bảng mẫu là một lớp tiêu hao, được tháo ra và thay thế sau mỗi lần chạy. Vật tư tiêu hao thông thường là chất dẻo được mã hóa dẫn điện, đắt tiền hoặc các cấu trúc vi lỏng lớn. Tuy nhiên, Volta sử dụng một màng nhựa đơn giản để giảm chi phí vật tư tiêu hao, mở ra cánh cửa cho việc áp dụng rộng rãi phương pháp giải trình tự gen.

Tất cả những điều này chỉ ra một mô hình hiệu quả hơn và toàn diện hơn trong không gian giải trình tự gen. Nhờ có Volta, chẳng bao lâu nữa, nó sẽ không chỉ là những công ty công nghệ sinh học lớn với khả năng đầu tư vào tự động hóa. Các phòng thí nghiệm học thuật, các cơ sở cốt lõi và các công ty công nghệ sinh học vừa và nhỏ sẽ không cần phải lo lắng về việc liệu họ có đủ khả năng mua một robot cơ khí đắt tiền hay không. “Điều làm tôi phấn khích là chúng tôi đang cung cấp cho các công ty công nghệ sinh học thông lượng ở giai đoạn đầu và từ trung bình đến thấp các công cụ mạnh mẽ cho phép họ cạnh tranh với những người chơi lớn hơn, điều này tốt cho toàn ngành”, Umapathi.

Và thực tế là các máy móc tự động hóa truyền thống được sử dụng trong không gian công nghệ sinh học đều có những vấn đề riêng. Chúng dễ xảy ra lỗi và bạn không thể chia tỷ lệ chúng. Hãy xem xét trình tự sắp xếp NovaSeq của Illumina. Nó có khả năng giải trình tự 48 bộ gen của con người trong vòng chưa đầy hai ngày - đó là 20 tỷ lần đọc duy nhất - nhưng hiện tại không có tự động hóa nào để cung cấp cho các máy đó ở quy mô lớn. Umapathi cho biết: “Để vận hành những cỗ máy đó ngày này qua ngày khác, chi phí đơn giản là không có ý nghĩa, đó là lý do tại sao chúng tôi phải giải quyết chi phí sắp xếp trình tự và chuẩn bị mẫu,” Umapathi nói.

Hệ thống của Volta được xây dựng trên thiết bị điện tử thể rắn và công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Boston đang tìm cách tận dụng khả năng mở rộng của ngành chế tạo chất bán dẫn và ngành sản xuất PCB. “Mục tiêu,” Langford giải thích, “là cho phép các nhà sinh học tạo ra một thử nghiệm và sửa đổi nó một cách nhanh chóng, lặp lại trên đó và tạo ra dữ liệu cần thiết để xem sinh học trên quy mô lớn.”

Vượt ra khỏi nút thắt cổ chai về chuẩn bị mẫu, cuối cùng, công việc của Umapathi và Langfordwork sẽ tác động đến nhiều ứng dụng khác nhau trong ngành sinh học tổng hợp và ngành công nghệ sinh học. Theo Umapathi, các chẩn đoán sẽ được chuyển đổi. “Chúng tôi có thể giúp ngành công nghiệp sinh học bằng cách cắt giảm 20 hoặc 50 lần sử dụng đầu tip pipet. Trong các quy trình công việc cụ thể, chúng tôi gần như có thể loại bỏ hoàn toàn điểm nghẽn này trong chuỗi cung ứng, ”ông nói.

Để đạt được tất cả những điều này, để thực sự đổi mới trong một lĩnh vực phức tạp như sinh học, Umapathi và Langford nhấn mạnh rằng quan điểm về hệ thống đa ngành là điều cần thiết. Đó là những gì thông báo cho cách tiếp cận của Volta đối với giải trình tự bộ gen nói riêng và sinh học nói chung. Umapathi nói: “Volta là một loại hình công ty công nghệ sinh học mới. “Không thể tránh khỏi việc nhiều kỹ sư và nhà tư tưởng hệ thống hơn cũng như những người muốn xây dựng các công cụ để thiết kế sinh học tốt hơn sẽ tham gia vào các công ty như của chúng tôi hoặc tự thành lập”.

Biến sinh học thành một nguyên lý kỹ thuật không phải là một kỳ công nhỏ, nhưng theo Umapathi và Langford, đó là một điều cần thiết.

PlatoAi. Web3 được mô phỏng lại. Khuếch đại dữ liệu thông minh.
Nhấn vào đây để truy cập.

Nguồn: https://news.mit.edu/2021/volta-labs-improving-workflows-genetic-application-1014

tại chỗ_img

Tin tức mới nhất

tại chỗ_img