Adam Ericsen 利用全自動基因分型、微生物測序和免疫學檢測研究HIV 宿主-病毒相互作用。

Adam Ericsen 是埃默里大學耶克斯國家靈長類動物研究中心基因組學核心實驗室的助理教授和助理主任。他的重點項目是研究宿主免疫反應的調(diào)節(jié)劑，這是一個由很多復雜步驟組成的系統(tǒng)，而他于 2018 年 4 月開始將三臺 Opentrons 移液機器人集成到他的實驗室工具包中，以這種創(chuàng)新的、自動化的方式進行實驗研究。

我們與 Adam 進行了交談，了解這些機器人如何幫助實現(xiàn)他整個實驗室的自動化。

Opentrons: 請您介紹一下您的研究背景。

Adam Ericsen:?我獲得了威斯康星大學麥迪遜分校病理學博士學位。通過培訓成為了一名免疫遺傳學和傳染病研究員，我目前的工作主要集中在了解HIV感染中的宿主與病毒的相互作用。我主要使用獼猴作為這項研究的模型。

Opentrons: 您的研究項目是什么樣的？

Adam:?在過去的十年里，我一直在研究遺傳和環(huán)境因素如何改變病毒感染動物的疾病進展。

Opentrons: 您在實驗室的日常工作是怎樣的？

Adam:?我們的實驗室運行著大量的基因分型、宿主和微生物測序以及免疫學檢測。從宏觀上看，我們致力于了解疾病進展是如何被遺傳和非遺傳因素所影響的，以找到可操作的生物學途徑來減緩或完全阻止艾滋病在HIV感染者中的惡化。

我們的實驗室非常新，而且很難將技術(shù)人員訓練到能夠獨立進行多種類型的檢測。我需要我們的實驗室擅長全血處理、白細胞層和血漿分離、DNA 分離（從任何和所有樣本類型）、定量分子檢測和流式細胞術(shù)。這聽起來或許會讓人覺得野心勃勃？也許是這樣的……但為了進行有意義的研究，我需要我的小型實驗室像大型實驗室一樣運作。

對我們來說，一個常見的協(xié)議是把血液高速旋轉(zhuǎn)離心并將其分離成幾個部分。要達到我們現(xiàn)在所處的水平并不容易，但是建立一個相當常規(guī)的血液處理工作流程是必不可少的。訓練一個新實驗室——我的新團隊——去做一個同類的檢測是非常費時費力的。我不斷地提醒自己，花時間訓練我的團隊是值得的，但我的決心持續(xù)時長有限。

這就是 Opentrons 機器人的作用：即使我無法親自在實驗室里，我也需要我的經(jīng)驗、我的訓練和我的雙手在實驗室里。

Opentrons: 您為什么選擇OT-2？

訓練一個新實驗室——我的新團隊——去做“就像這樣”的檢測是非常耗時和壓力的……這就是 Opentrons 機器人的作用：即使我無法親自在實驗室里，我也需要我的經(jīng)驗、我的訓練和我的雙手在實驗室里。

Adam:?我在 OT-2 即將上市之前就聽說過 Opentrons。我被 Opentrons 的開源程序所吸引：我可以隨時添加、修改和增強核心功能，這讓我的小實驗室只需購買一次機器，借助代碼的魔力，就可以顯著提升實驗效率。正如我的一位技術(shù)人員所描述的那樣，“我們可以編寫好代碼，然后看著它工作?！?/p>

我們最終將 SQL、C++、PHP、JS、HTML5 和 Python 結(jié)合起來，構(gòu)建了一個自定義的基于 Web 的前端界面，用于管理我們的 Opentrons 協(xié)議的所有交互（如果沒有 API 的擴展文檔，我們就無法做到這一點）。我可以坐在波特蘭的機場，同時控制我們在亞特蘭大實驗室的一臺 OT-2 移液機器人。可能有點兒花哨，但這只是我們能夠完成的任務的一個例子。

也許更重要的是，機器人可以與我們的樣本和試劑庫存進行交互，還能調(diào)用 Google 語音 API。自從我們開始面臨效率的困境以來，正如我的家人所說，我們一直在“自動化一切”。我們一起編寫了大量的 Python 模塊，每個完成的協(xié)議運行都會向我們的實驗室服務器發(fā)送消息，以確保所有重要項（如實驗室器具定義、機架位置、體積等）都是最新的。

我們已經(jīng)采用 OT-2 平臺來代替原本我需要培訓新的技術(shù)人員執(zhí)行的手動檢測工作?，F(xiàn)在，我們團隊已經(jīng)基本脫離手動操作了。我開玩笑說，一旦機器人能夠?qū)戀Y助申請和手稿，我們就可以在公園里完成所有的工作了。

我們已經(jīng)接納了 OT-2 平臺，以執(zhí)行原本需要培訓新技術(shù)人員手動進行的每個檢測工作。

Opentrons: 您具體使用 OT-2 來做什么，以及它如何適應您的工作流程？

Adam:?我們完全自動化了以下流程，包括 PCR、Fluidigm、流式細胞術(shù)、血液處理（離心后）和核酸分離檢測。如果實驗有需求，我們會自己設計定制的實驗室器具，我的妻子使用 3D 打印技術(shù)把器具打印出來。我們所有的實驗室器具都是由微芯片控制的，任何加載到機器人上的東西都會通過條形碼或 RFID 進行掃描：機器人會與服務器進行檢查，確保正確的樣本在它們應該在的地方。

我們甚至可以完全處理已經(jīng)先離心下來的全血樣本。我組里的 Nathan Gullicksrud 想出了一個方法，將血瓶固定在特定的高度，這樣我們就可以輕松地提取血漿和白細胞層。這意味著我們可以對血漿進行分餾、分離血漿、清理白細胞，就可以了——它們已經(jīng)準備好了。很顯然，我們可以在幾個小時內(nèi)處理多達 96 個同時進行的 vacutainers，且需要人工干預的環(huán)節(jié)很少。我們迅速擴展到原本難以想象的的吞吐量。

我們迅速擴展到原本難以想象的的吞吐量。?有了 OT-2，我們節(jié)省了大量時間。

Opentrons: 您如何定制 OT-2 以適配您所需的工作流程？

Adam:?我編寫了一個完整的接口來連接 OT-2。我們還進行了幾次硬件修改——包括鉆孔，并在每個板位放置微芯片掃描器和光電傳感器。機器人會提示：“注意。注意。運行已暫停。為了您的安全，請關(guān)閉前窗”，或“從 DNA 輸入板上的 X 列轉(zhuǎn)移 DNA 到……”因此，我們幾乎可以做任何事情——從全血及其所有輸出，到全自動的 DNA 檢測。

我的目標是讓我的團隊成員能夠從事更有意義的活動。而不是每天坐在生物安全柜前好幾個小時……在研究實驗室的技術(shù)專長可以遠不止于此。Opentrons 平臺激發(fā)了我的雄心壯志，甚至讓我有些過于雄心勃勃，我愿意開展更大范圍和規(guī)模的研究工作作為新PI。

Opentrons: 您使用OT-2的真實體驗是？

Adam:?Opentrons 是我使用的第一個可以自由定制的液體處理機器人。我在 Opentrons API 之上編寫了核心 Ericsen Lab 代碼，當我們遇到錯誤或問題時，我們咨詢了 Opentrons 支持團隊，他們會幫助我們推動解決問題，我會根據(jù)需要修改或重新構(gòu)建我們的方法，并與支持團隊密切合作。

我有一個很棒的團隊。作為一名新晉研究員，我感到非常幸運。然而，我的團隊中沒有人具備編程專業(yè)知識。我告訴他們，我想建立一個自動化、智能化和積極的研究計劃。我把他們帶在機器人前面說：“我們要一起解決這個問題?！蔽覀儧]有對傳統(tǒng)檢測的手動方面進行培訓，而是通過編寫代碼讓 OT-2 執(zhí)行這些操作。對實驗室的培訓過程變成了與機器人一起訓練，以成功執(zhí)行基本檢測到可以執(zhí)行復雜實驗。這使我的團隊獲得了我們需要的檢測方面的專業(yè)知識。我的目標是建立一個熱情而勤奮的創(chuàng)意團隊，他們可以成功執(zhí)行以前從未嘗試過的復雜檢測或?qū)嶒烅椖?。我相信使?Opentrons 可以為我省下更多時間，因為他們將從機器人身上學習，實驗室的互聯(lián)將保護研究數(shù)據(jù)、記錄并確保我們能夠支持我們所生產(chǎn)的工作。

如果在我實驗室里使用的機器人不是開源的，那么它只是一雙替手——只是買代勞的話我可不用花這么多錢。

Opentrons: 您對實驗室自動化過程的期望是什么？

Adam:?我從未考慮過失敗。為研究實驗室購買機器人與購買以消費者為中心的流行設備不同。最初，我遇到了很多沮喪的研究人員，他們不知道要花多長時間才能讓 Opentrons 機器人啟動并運行。確實，使用Opentrons 機器人需要一定的學習過程。但是，通過 Python 控制實驗室機器人，資源有限的年輕實驗室可以以較低的成本實現(xiàn)超越。我的機器人就放在實驗室的流式細胞儀旁邊，而流式細胞儀的成本是 OT-2 的10 倍。

Opentrons: 您的 OT-2 有什么優(yōu)點或缺點？

Adam:?OT-2 很棒！OT-2 可以做簡單的事情，但也可以做其他平臺無法做到的事情。

Opentrons: 在您使用 OT-2 之前是否使用過任何實驗室自動化設備？

Adam:?實際上沒有。但是當我聽說你們使用 Python 后端時，我想：“我能做到！”我和我的妻子正在進行3D 打印，我們對學習曲線如此相似感到驚訝。

Opentrons: 您是否還有其他新的自動化研究計劃？

Adam:?嗯，我們剛剛又訂購了兩臺 OT-2，所以肯定是的！OT-2 支持我們正在做的事情的速度和完整性。很多專有平臺存在的限制，而 OT-2 是開源的，這點對我非常有吸引力。如果在我的實驗室里使用的機器人不是開源的，那么它只是一雙替手——只是買代勞的話我可不用花這么多錢。

自 18 個月前我們收到它以來，OT-2 已經(jīng)成為實驗室日常生活中不可或缺的一部分。這是一項重要的早期投資——我原本可以將這筆資金用于培訓員工，但我認為機器人及其平臺是我們資源更有價值的利用方式。我們進行的是非常先進的檢測；使用機器人進行操作，而我們只需更換一些移液器就好。

Opentrons: 關(guān)于 OT-2，您還有哪些有趣的事情分享給大家？

Adam:?我們做了一件非常有趣且令人難以置信的事，我們已經(jīng)結(jié)合了谷歌語音 API 來讓機器人進行播報，比如它什么時候液體用完了，或者什么時候需要吸頭，以及它是從什么測試開始。它可以用這種溫柔的女聲進行播報。這一點讓我感到非常驚喜！

OT-2 不是取代我工作的機器人。相反，它把我的工作變成了更有成就感的事情。我們還在 OT-2 旁邊投資了一臺臺式流式細胞儀。初創(chuàng)實驗室一般不會在新設備上投入這么多錢，但我能夠通過機器人獲得所有這些功能，所以并不昂貴。培訓一個人使用細胞儀可能需要幾個月的時間，但使用 OT-2，我們可以輕松地培訓人們以更高效的方式進行血液采樣。

OT-2 已迅速成為我們實驗室團隊不可或缺的重要成員。

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