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(noticias nanowerk) Los experimentos científicos en biología y química dependen en gran medida de la implementación manual por parte de investigadores capacitados. Protocolos complicados como el cultivo celular y la clonación de ADN requieren una coordinación precisa de los equipos, incluidos pipetas, incubadoras y microscopios. Los científicos dedican sus carreras a dominar las capacidades técnicas de estos instrumentos, que constituyen la fuerza laboral esencial para los laboratorios.
Sin embargo, la inevitable variabilidad entre investigadores individuales introduce subjetividad en los resultados que se supone reflejan fenómenos objetivos. Los datos influenciados por diferencias sutiles en las condiciones experimentales (concentraciones de reactivos, tiempos de incubación, calibraciones de instrumentos) no se pueden extrapolar de manera confiable. Al eliminar la participación humana en la estandarización de protocolos, los descubrimientos podrían revelar verdades científicas fundamentales en lugar de las idiosincrasias de experimentadores particulares.
Esta posibilidad ha motivado visiones de larga data de plataformas inteligentes que ejecutan pruebas con total coherencia. Pero transformar un lugar de trabajo diseñado para el movimiento y el juicio humanos flexibles en un sistema automatizado independiente presenta enormes obstáculos tecnológicos.
Si bien las plataformas programables han mostrado éxito ocasional (los robots de manipulación de líquidos se utilizan ampliamente en las empresas farmacéuticas), la replicación completa por parte de un científico sigue siendo poco probable. La compleja coordinación de la resolución creativa de problemas, el juicio y las hábiles maniobras en todo un flujo de trabajo de biología molecular parecía requerir un coordinador humano que moviera los hilos.
Sin embargo, el arco del progreso sigue desviándose de depender únicamente de las personas. La automatización y la inteligencia artificial están invadiendo cada vez más áreas que alguna vez se consideraron puramente humanas, desde automóviles sin conductor que recorren rutas impredecibles hasta cirujanos robóticos que suturan tejidos delicados. ¿Podrían los experimentadores robóticos, que llevan a cabo protocolos de investigación de principio a fin con una supervisión mínima, representar la próxima frontera en la replicación de las capacidades humanas?
Trabajo publicado recientemente en Sistemas inteligentes avanzados (“Una plataforma robótica modular para la investigación biológica: automatización del cultivo celular y experimentación remota”) proporciona una prueba de concepto convincente de esta apasionante visión. Los investigadores han desarrollado una plataforma automatizada que puede realizar una amplia gama de experimentos químicos y biológicos que normalmente llevan a cabo científicos humanos experimentados.
La plataforma exhibe capacidades notables que podrían aumentar significativamente la eficiencia, la reproducibilidad y el progreso de la investigación de laboratorio. Consiste en un brazo robótico equipado con interfaces personalizadas que le permiten operar sin problemas equipos de laboratorio estándar e imitar con precisión técnicas de investigación manuales. Este sistema modular y adaptable puede realizar experimentos complejos de varios pasos de un extremo a otro, incluido el manejo de líquidos, el cultivo de células e incluso protocolos genéticos avanzados.
Automatizar el elemento humano engorroso y falible
Los experimentos de investigación en química y biología dependen en gran medida del trabajo manual de científicos capacitados. Las técnicas de rutina, como la preparación de soluciones, el cultivo celular y la clonación, requieren el dominio de diversas habilidades, desde mediciones precisas de líquidos hasta el manejo del microscopio. Protocolos tan complicados dejan mucho margen para errores humanos, que pueden afectar los resultados.
Aparte de los errores involuntarios, los experimentos basados en la competencia y la toma de decisiones individuales adolecen de subjetividad inherente y no reproducibilidad en todos los laboratorios. La variabilidad causada por diferentes experimentadores con diferentes habilidades, preferencias y estilos de trabajo sigue siendo un obstáculo persistente para el progreso científico.
La automatización robótica promete eliminar este elemento humano engorroso e inconsistente. Al sistematizar protocolos y estandarizar las condiciones experimentales, las plataformas inteligentes pueden realizar pruebas con mayor precisión, objetividad y reproducibilidad, en comparación incluso con los investigadores más cuidadosos.
Una plataforma diseñada para manejar todo el flujo de trabajo experimental.
La plataforma robótica presentada en esta investigación integra de forma única un brazo robótico comercial de seis ejes con periféricos personalizados para abordar una variedad de técnicas de laboratorio críticas para estudios celulares y moleculares. El sistema dispone de herramientas de investigación habituales, como pipetas, recipientes, una incubadora, un microscopio y una centrífuga, en zonas específicas alrededor del brazo del robot.
A través de interfaces especiales que conectan la pinza robótica a este equipo, la plataforma es capaz de manipular los mismos dispositivos que los científicos manejan todos los días. Los soportes especiales permiten agarrar y maniobrar con seguridad utensilios de laboratorio, así como el manejo de dispositivos mediante botones e interruptores diseñados para humanos.
Combinado con rutinas preestablecidas codificadas para rastrear de manera reproducible los movimientos manuales, el robot realiza cascadas de acciones complicadas para completar experimentos completos. Esto incluye tareas cotidianas como mezclar soluciones y filtrar células, así como procedimientos avanzados como clonar ADN en células.
Garantizar una precisión a la par de los expertos humanos
Una pregunta clave que rodea a la automatización robótica de laboratorio es si un sistema artificial puede realmente reproducir la precisión de los investigadores experimentados a los que pretende reemplazar. Sin embargo, los experimentos de calibración descubrieron que la plataforma mide y transporta líquidos con una precisión notable que cumple con los estándares humanos.
El robot utilizó las mismas pipetas manuales que un científico experimentado para dispensar cantidades precisas de agua. Para todos los tamaños de pipeta y experimentos repetidos, se encontró que las tolerancias de error entre la operación manual y el manejo del robot eran estadísticamente equivalentes. Esto confirma la capacidad del sistema para manipular fluidos, piedra angular de innumerables protocolos, con una fiabilidad profesionalmente aceptable.
Más allá de la competencia técnica, el robot también imita los movimientos físicos de un científico, con cámaras que guían continuamente los ajustes. Esto permite recrear movimientos humanos complicados, como agitar una placa de cultivo celular. Estas funcionalidades demuestran el potencial de esta plataforma para reemplazar por completo a un experimentador capacitado.
Acceso remoto y colaboración minimizando los riesgos de bioseguridad
Otra gran ventaja de este laboratorio de robots es la opción de control remoto. Los investigadores pueden realizar y observar experimentos en tiempo real a través de una interfaz web personalizada desde cualquier ubicación conectada a Internet. Esta práctica característica permite la colaboración internacional y el aprendizaje a distancia.
Durante la prueba, los usuarios de Francia controlaron el sistema con sede en Corea del Sur sin ningún retraso técnico. Los estudiantes universitarios indonesios también controlan de forma remota experimentos con células cultivadas. Al limitar la exposición directa a materiales biopeligrosos, este enfoque también aumenta la seguridad.
La próxima generación de socios de laboratorio inteligentes
Al automatizar de forma fiable diversos procesos de biología molecular de principio a fin, esta innovadora estación de trabajo robótica representa un salto transformador para la investigación de laboratorio. Los sistemas inteligentes modelados a partir de sus homólogos humanos y que llevan a cabo experimentos completos pronto podrían convertirse en socios indispensables para apoyar a los científicos. Prometen aumentar la productividad, garantizar la coherencia, facilitar el trabajo en equipo remoto y fomentar prácticas de investigación responsables.
La naturaleza modular y adaptable de esta plataforma automatizada proporciona una base para expandir la automatización en todas las disciplinas científicas. Periféricos adicionales adaptados a experimentos o dispositivos específicos podrían ampliar aún más las posibilidades. Con rápidos avances en destreza robótica y aprendizaje automático, los laboratorios automatizados inteligentes están preparados para impulsar la próxima ola de descubrimientos.
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