Adam Ericsen 利用全自動(dòng)基因分型、微生物測(cè)序和免疫學(xué)檢測(cè)研究HIV 宿主-病毒相互作用。

Adam Ericsen 是埃默里大學(xué)耶克斯國(guó)家靈長(zhǎng)類動(dòng)物研究中心基因組學(xué)核心實(shí)驗(yàn)室的助理教授和助理主任。他的重點(diǎn)項(xiàng)目是研究宿主免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)劑，這是一個(gè)由很多復(fù)雜步驟組成的系統(tǒng)，而他于 2018 年 4 月開始將三臺(tái) Opentrons 移液機(jī)器人集成到他的實(shí)驗(yàn)室工具包中，以這種創(chuàng)新的、自動(dòng)化的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

我們與 Adam 進(jìn)行了交談，了解這些機(jī)器人如何幫助實(shí)現(xiàn)他整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化。

Opentrons: 請(qǐng)您介紹一下您的研究背景。

Adam Ericsen:?我獲得了威斯康星大學(xué)麥迪遜分校病理學(xué)博士學(xué)位。通過培訓(xùn)成為了一名免疫遺傳學(xué)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(xiàng)研究的模型。

Opentrons: 您的研究項(xiàng)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(dòng)物的疾病進(jìn)展。

Opentrons: 您在實(shí)驗(yàn)室的日常工作是怎樣的？

Adam:?我們的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行著大量的基因分型、宿主和微生物測(cè)序以及免疫學(xué)檢測(cè)。從宏觀上看，我們致力于了解疾病進(jìn)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(xué)途徑來(lái)減緩或完全阻止艾滋病在HIV感染者中的惡化。

我們的實(shí)驗(yàn)室非常新，而且很難將技術(shù)人員訓(xùn)練到能夠獨(dú)立進(jìn)行多種類型的檢測(cè)。我需要我們的實(shí)驗(yàn)室擅長(zhǎng)全血處理、白細(xì)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(cè)和流式細(xì)胞術(shù)。這聽起來(lái)或許會(huì)讓人覺得野心勃勃？也許是這樣的……但為了進(jìn)行有意義的研究，我需要我的小型實(shí)驗(yàn)室像大型實(shí)驗(yàn)室一樣運(yùn)作。

對(duì)我們來(lái)說，一個(gè)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(gè)部分。要達(dá)到我們現(xiàn)在所處的水平并不容易，但是建立一個(gè)相當(dāng)常規(guī)的血液處理工作流程是必不可少的。訓(xùn)練一個(gè)新實(shí)驗(yàn)室——我的新團(tuán)隊(duì)——去做一個(gè)同類的檢測(cè)是非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。我不斷地提醒自己，花時(shí)間訓(xùn)練我的團(tuán)隊(duì)是值得的，但我的決心持續(xù)時(shí)長(zhǎng)有限。

這就是 Opentrons 機(jī)器人的作用：即使我無(wú)法親自在實(shí)驗(yàn)室里，我也需要我的經(jīng)驗(yàn)、我的訓(xùn)練和我的雙手在實(shí)驗(yàn)室里。

Opentrons: 您為什么選擇OT-2？

訓(xùn)練一個(gè)新實(shí)驗(yàn)室——我的新團(tuán)隊(duì)——去做“就像這樣”的檢測(cè)是非常耗時(shí)和壓力的……這就是 Opentrons 機(jī)器人的作用：即使我無(wú)法親自在實(shí)驗(yàn)室里，我也需要我的經(jīng)驗(yàn)、我的訓(xùn)練和我的雙手在實(shí)驗(yàn)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(shí)添加、修改和增強(qiáng)核心功能，這讓我的小實(shí)驗(yàn)室只需購(gòu)買一次機(jī)器，借助代碼的魔力，就可以顯著提升實(shí)驗(yàn)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(lái)，構(gòu)建了一個(gè)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(kuò)展文檔，我們就無(wú)法做到這一點(diǎn)）。我可以坐在波特蘭的機(jī)場(chǎng)，同時(shí)控制我們?cè)趤喬靥m大實(shí)驗(yàn)室的一臺(tái) OT-2 移液機(jī)器人?？赡苡悬c(diǎn)兒花哨，但這只是我們能夠完成的任務(wù)的一個(gè)例子。

也許更重要的是，機(jī)器人可以與我們的樣本和試劑庫(kù)存進(jìn)行交互，還能調(diào)用 Google 語(yǔ)音 API。自從我們開始面臨效率的困境以來(lái)，正如我的家人所說，我們一直在“自動(dòng)化一切”。我們一起編寫了大量的 Python 模塊，每個(gè)完成的協(xié)議運(yùn)行都會(huì)向我們的實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器發(fā)送消息，以確保所有重要項(xiàng)（如實(shí)驗(yàn)室器具定義、機(jī)架位置、體積等）都是最新的。

我們已經(jīng)采用 OT-2 平臺(tái)來(lái)代替原本我需要培訓(xùn)新的技術(shù)人員執(zhí)行的手動(dòng)檢測(cè)工作?，F(xiàn)在，我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)基本脫離手動(dòng)操作了。我開玩笑說，一旦機(jī)器人能夠?qū)戀Y助申請(qǐng)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(tái)，以執(zhí)行原本需要培訓(xùn)新技術(shù)人員手動(dòng)進(jìn)行的每個(gè)檢測(cè)工作。

Opentrons: 您具體使用 OT-2 來(lái)做什么，以及它如何適應(yīng)您的工作流程？

Adam:?我們完全自動(dòng)化了以下流程，包括 PCR、Fluidigm、流式細(xì)胞術(shù)、血液處理（離心后）和核酸分離檢測(cè)。如果實(shí)驗(yàn)有需求，我們會(huì)自己設(shè)計(jì)定制的實(shí)驗(yàn)室器具，我的妻子使用 3D 打印技術(shù)把器具打印出來(lái)。我們所有的實(shí)驗(yàn)室器具都是由微芯片控制的，任何加載到機(jī)器人上的東西都會(huì)通過條形碼或 RFID 進(jìn)行掃描：機(jī)器人會(huì)與服務(wù)器進(jìn)行檢查，確保正確的樣本在它們應(yīng)該在的地方。

我們甚至可以完全處理已經(jīng)先離心下來(lái)的全血樣本。我組里的 Nathan Gullicksrud 想出了一個(gè)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(xì)胞層。這意味著我們可以對(duì)血漿進(jìn)行分餾、分離血漿、清理白細(xì)胞，就可以了——它們已經(jīng)準(zhǔn)備好了。很顯然，我們可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)處理多達(dá) 96 個(gè)同時(shí)進(jìn)行的 vacutainers，且需要人工干預(yù)的環(huán)節(jié)很少。我們迅速擴(kuò)展到原本難以想象的的吞吐量。

我們迅速擴(kuò)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(shí)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(gè)完整的接口來(lái)連接 OT-2。我們還進(jìn)行了幾次硬件修改——包括鉆孔，并在每個(gè)板位放置微芯片掃描器和光電傳感器。機(jī)器人會(huì)提示：“注意。注意。運(yùn)行已暫停。為了您的安全，請(qǐng)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(dòng)的 DNA 檢測(cè)。

我的目標(biāo)是讓我的團(tuán)隊(duì)成員能夠從事更有意義的活動(dòng)。而不是每天坐在生物安全柜前好幾個(gè)小時(shí)……在研究實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)專長(zhǎng)可以遠(yuǎn)不止于此。Opentrons 平臺(tái)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(shí)體驗(yàn)是？

Adam:?Opentrons 是我使用的第一個(gè)可以自由定制的液體處理機(jī)器人。我在 Opentrons API 之上編寫了核心 Ericsen Lab 代碼，當(dāng)我們遇到錯(cuò)誤或問題時(shí)，我們咨詢了 Opentrons 支持團(tuán)隊(duì)，他們會(huì)幫助我們推動(dòng)解決問題，我會(huì)根據(jù)需要修改或重新構(gòu)建我們的方法，并與支持團(tuán)隊(duì)密切合作。

我有一個(gè)很棒的團(tuán)隊(duì)。作為一名新晉研究員，我感到非常幸運(yùn)。然而，我的團(tuán)隊(duì)中沒有人具備編程專業(yè)知識(shí)。我告訴他們，我想建立一個(gè)自動(dòng)化、智能化和積極的研究計(jì)劃。我把他們帶在機(jī)器人前面說：“我們要一起解決這個(gè)問題?！蔽覀儧]有對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)的手動(dòng)方面進(jìn)行培訓(xùn)，而是通過編寫代碼讓 OT-2 執(zhí)行這些操作。對(duì)實(shí)驗(yàn)室的培訓(xùn)過程變成了與機(jī)器人一起訓(xùn)練，以成功執(zhí)行基本檢測(cè)到可以執(zhí)行復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。這使我的團(tuán)隊(duì)獲得了我們需要的檢測(cè)方面的專業(yè)知識(shí)。我的目標(biāo)是建立一個(gè)熱情而勤奮的創(chuàng)意團(tuán)隊(duì)，他們可以成功執(zhí)行以前從未嘗試過的復(fù)雜檢測(cè)或?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目。我相信使用 Opentrons 可以為我省下更多時(shí)間，因?yàn)樗麄儗臋C(jī)器人身上學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)室的互聯(lián)將保護(hù)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(shí)驗(yàn)室里使用的機(jī)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(duì)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化過程的期望是什么？

Adam:?我從未考慮過失敗。為研究實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買機(jī)器人與購(gòu)買以消費(fèi)者為中心的流行設(shè)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(zhǎng)時(shí)間才能讓 Opentrons 機(jī)器人啟動(dòng)并運(yùn)行。確實(shí)，使用Opentrons 機(jī)器人需要一定的學(xué)習(xí)過程。但是，通過 Python 控制實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人，資源有限的年輕實(shí)驗(yàn)室可以以較低的成本實(shí)現(xiàn)超越。我的機(jī)器人就放在實(shí)驗(yàn)室的流式細(xì)胞儀旁邊，而流式細(xì)胞儀的成本是 OT-2 的10 倍。

Opentrons: 您的 OT-2 有什么優(yōu)點(diǎn)或缺點(diǎn)？

Adam:?OT-2 很棒！OT-2 可以做簡(jiǎn)單的事情，但也可以做其他平臺(tái)無(wú)法做到的事情。

Opentrons: 在您使用 OT-2 之前是否使用過任何實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化設(shè)備？

Adam:?實(shí)際上沒有。但是當(dāng)我聽說你們使用 Python 后端時(shí)，我想：“我能做到！”我和我的妻子正在進(jìn)行3D 打印，我們對(duì)學(xué)習(xí)曲線如此相似感到驚訝。

Opentrons: 您是否還有其他新的自動(dòng)化研究計(jì)劃？

Adam:?嗯，我們剛剛又訂購(gòu)了兩臺(tái) 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(tái)存在的限制，而 OT-2 是開源的，這點(diǎn)對(duì)我非常有吸引力。如果在我的實(shí)驗(yàn)室里使用的機(jī)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(gè)月前我們收到它以來(lái)，OT-2 已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)室日常生活中不可或缺的一部分。這是一項(xiàng)重要的早期投資——我原本可以將這筆資金用于培訓(xùn)員工，但我認(rèn)為機(jī)器人及其平臺(tái)是我們資源更有價(jià)值的利用方式。我們進(jìn)行的是非常先進(jìn)的檢測(cè)；使用機(jī)器人進(jìn)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(yǔ)音 API 來(lái)讓機(jī)器人進(jìn)行播報(bào)，比如它什么時(shí)候液體用完了，或者什么時(shí)候需要吸頭，以及它是從什么測(cè)試開始。它可以用這種溫柔的女聲進(jìn)行播報(bào)。這一點(diǎn)讓我感到非常驚喜！

OT-2 不是取代我工作的機(jī)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(tái)臺(tái)式流式細(xì)胞儀。初創(chuàng)實(shí)驗(yàn)室一般不會(huì)在新設(shè)備上投入這么多錢，但我能夠通過機(jī)器人獲得所有這些功能，所以并不昂貴。培訓(xùn)一個(gè)人使用細(xì)胞儀可能需要幾個(gè)月的時(shí)間，但使用 OT-2，我們可以輕松地培訓(xùn)人們以更高效的方式進(jìn)行血液采樣。

OT-2 已迅速成為我們實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)不可或缺的重要成員。

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