Forscher stellen automatisierte Embryo-Injektionstechnologie mit breiten Anwendungsmöglichkeiten vor

Wissenschaftler der University of Minnesota Twin Cities haben einen künstlichen Roboter , der mithilfe von maschinellem Lernen ein komplexes Mikroinjektionsverfahren in zwei verschiedene Organismen automatisiert, die Bestandteil eines Genetik-Kurses sind. Die Massenproduktion ermöglichte es den Wissenschaftlern, diese Automatisierungskomponente zur Manipulation von Organismen mit ausreichender Zellstruktur, wie Fruchtfliegen und Fischlarven, einzusetzen. Das Gerät wird den Zeit- und Kostenaufwand im Labor reduzieren, indem es die manuelle Durchführung umfangreicher genetischer Analysen, die sich manuell als ineffektiv erwiesen hatten, durch Automatisierung ersetzt.

Automatisierung der Genmanipulation

Die Forschungsstudie „Hochdurchsatz-Genmanipulation mehrphasiger Organismen mittels kameragesteuerter embryonaler Mikroinjektion“ ziert das Titelbild der April-Ausgabe 2024 von GENETICS, der Online-Fachzeitschrift. Zweidentdes Maschinenbaus der Universität Minneapolis, Alegria Andrew und Joshi Amey, führten die Studie durch und beantworteten Fragen. Ein firmeneigenes Vermarktungsteam konzentriert sich darauf, die Technologie über das in Minnesota ansässige Start-up Objective Biotechnology für eine breite Anwendung zu vermarkten.

Mikroinjektion ist eine Manipulationstechnik, bei der mithilfe einer sehr feinen Pipette ein bestimmtes Material in Zellen oder Gewebe eingebracht wird. Das eingebrachte Material kann eine Zelle, genetisches Material oder etwas anderes sein. Wissenschaftler haben heutzutage einen Roboter entwickelt, der Embryonen mit einer Dicke von weniger als einem Haar erkennen kann. Nach der Erkennung erstellt die Maschine einen Behandlungspfad und kann den gesamten Prozess steuern. Dies sind Beispiele dafür, wie der Roboter den Gesundheitssektor unterstützt.

„Diese automatisierten Injektionen haben die manuellen Injektionen ersetzt, da sie zuverlässiger und effizienter sind“, kommentierte Suhasa Kodandaramaiah, Professor für Maschinenbau an der University of Minnesota und Hauptautor der Studie. „Dieser Wandel in der Forschung ermöglicht die Durchführung neuer Experimente auf Laborebene, was ohne diese Technologie nicht möglich wäre.“ Normalerweise ist die Durchführung einer Mikroinjektion Aufgabe eines qualifizierten Technikers, der jedoch nicht in allen Laboren verfügbar ist. Diese revolutionäre Technologie kann die Möglichkeiten der Vorbereitungsarbeiten erweitern, deren Dauer verkürzen und die damit verbundenen Kosten senken.

„Dies ist äußerst anregend für die Genetik, das Gebiet dieser neuen Werkzeuge.“ Zudem bietet es eine großartige Gelegenheit, mehr zu lernen und die Geheimnisse unseres genetischen Codes zu entschlüsseln. Die Technologien zum Schreiben und Lesen von DNA haben sich in den letzten Jahren zwar stark verbessert, doch die Kombination unserer Technologie mit DNA-Sequenzierungsmöglichkeiten wird es ermöglichen, das Spektrum der Organismen, an denen wir groß angelegte genetische Experimente durchführen können, zu erweitern, so Daryl Gohl, Assistenzprofessor am Innovationslabor des Genomikzentrums und am Institut für Genetik, Zellbiologie und Entwicklungsbiologie der Universität von Minnesota und Mitautor der Studie.

Vielseitige Anwendungen

Diese Technologie könnte nicht nur in genetischen Experimenten eingesetzt werden, sondern auch dazu beitragen, das Aussterben vieler Arten durch Kryokonservierung zu verhindern – eine Methode, deren Wirksamkeit beim Tieffrieren bereits nachgewiesen wurde. „Mit diesem Roboter sich Nanopartikel in Zellen und Gewebe injizieren, was deren Konservierung und Regeneration beim Auftauen unterstützt“, erklärte Kodandaramaiah.

Darüber hinaus brachten weitere Teammitglieder einige Ideen zu anderen Anwendungsmöglichkeiten der fortschrittlichen Technologie ein, die noch einen größeren Beitrag leisten könnten. Die technologischen Möglichkeiten könnten sich weiter verbessern, da die Implantation von Embryonen einzeln mittels In-vitro-Fertilisation erfolgen könnte, um das Komplikationsrisiko zu senken. Dies wird unter der Leitung von Andrew Alegria, einem Mitautor der Studie und wissenschaftlichen Mitarbeiter im Bereich Maschinenbau am Labor für Biosensorik und Biorobotik der Universität von Minnesota, realisiert.

Neben den Mitbegründern gehörten dem Team auch Forscher der Fakultät für Naturwissenschaften und Ingenieurwesen sowie des Innovationslabors des Genomikzentrums der Universität Minnesota an. Beim letzten Turnier ging unser Team hervor . Besucher der Veranstaltung erhalten Einblicke in Wirtschaft und Marketing und haben die Gelegenheit, die Erfolge etablierter und zukünftiger Unternehmen aus den Bereichen Medizin und Biowissenschaften zu feiern.