Mitsubishi Electric, Labomatica ve Perlan Technologies iş birliğiyle Polonya Bilimler Akademisi Biyoorganik Kimya Enstitüsünde geliştirilen AGAMEDE robotik sistemi, SARS-CoV-2 tanısını hızlandırıyor.

Tarihteki ilk kadın bilim insanı olarak kabul edilen AGAMEDE, Polonya Bilimler Akademisi Biyoorganik Kimya Enstitüsü’nde geliştirilen laboratuvar otomasyon sistemine verilen ismin ilham kaynağı oldu. Laboratuvar süreçlerinin otomasyonu yaygın bir uygulama olmakla birlikte AGAMEDE robotik sistemi, otomasyon ve yapay zekâyı (AI) birleştirerek benzersiz bir kapalı devre deney ortamı sunmaya başladı. Deneyleri hazırlayan robotlar, Labomatica Gene Game^TM yazılımıyla belirli zamanlarda sonuçları okurken diğer taraftan verileri yorumluyor ve sonraki deney döngüsünü bağımsız bir şekilde hazırlıyor. Böylece araştırmacılara sadece soruyu tanımlama, deney sistemini tasarlama ve sistemin sorunsuz çalışmasını takip etme görevleri kalıyor. Robot AGAMEDE ise günde 24 saat çalışarak deney yapıyor ve sonuçları bildiriyor.

Yapay zekâ ve otomasyonun yüksek hızlarda çıktı üretebilen bir sistemde birleşimi bir atılım olarak öne çıkıyor. Çoğu otomatikleştirilmiş yüksek hızlı çıktı sistemi, bir döngü tamamlandıktan sonra bir operatörün sonuçları okumasını ve bir sonraki deney dizisini planlamasını gerektiriyor. AGAMEDE ise bunu bağımsız olarak insan müdahalesi olmadan yapabiliyor.

“Yapay zekâ modülü sayesinde AGAMEDE, sadece matematiksel modellere dayanarak insan müdahalesi olmadan deneyleri yorumluyor” diyen sistemin mucidi ve baş mühendisi Prof. Dr. Radoslaw Pilarski sözlerini şöyle sürdürdü: “Sistem; merkezi teşhis laboratuvarları, tıbbi ilaç geliştiren ilaç şirketleri ve hastaya özel terapileri araştıran onkoloji laboratuvarların yanı sıra biyo-proseslerin optimizasyonu için kimya ve biyoteknoloji şirketlerinin Ar-Ge departmanlarında kullanılabilecek.”

EPICELL projesi için geliştirilmişti

AGAMEDE çalışmaları, 2015 yılında IBCH PAS bünyesinde başladı. Sistem, öncelikle STRATEGMED “Modern Çağ Hastalıklarının Önlenmesi ve Tedavisi” programı kapsamında Ulusal Araştırma ve Geliştirme Merkezi tarafından finanse edilen EPICELL projesi için geliştirilmişti. Projenin amacı, kardiyomiyosit kültürü için optimize edilmiş bir besiyeri geliştirmekti. Bu çalışmada, küçük molekül epigenetik modülatörlerin uygun bir karmasını tasarlamak için gerekli olan deney sayısı karşılaşılan en önemli güçlük oldu. Örneğin, on bileşen ve on farklı konsantrasyona sahip bir formül 10 milyon deney gerektiriyor. AGAMEDE ise bu noktada çok boyutlu solüsyon sisteminde bileşenlerin doğru kombinasyonunun araştırılmasında kullanıldı. Bu sayede EPICELL One yeniden programlama besiyerinin içeriği geliştirildi.

Günde 15 bin test yapabiliyor

IBCH PAS’ın kurulduğu günden beri RNA ve DNA nükleik asitleri üzerine çalıştığını ve SARS-CoV-2 tanı süreçleri için gerekli olan tüm ekipman ve imkânlara sahip olduklarını söyleyen IBCH/PAS Direktörü Prof. Marek Figlerowicz; “Enstitümüz, Polonya’da SARS-CoV-2 tespiti için test geliştiren ilk kuruluş oldu. Kısa bir süre sonra AGAMEDE’nin otomasyon yeteneklerini testlerimizle birleştirmeye karar vererek bir günde 15 bin örneği test etmemizi sağlayan bir hızlı teşhis protokolü geliştirdik. Akredite edilmiş bir teşhis laboratuvarına sahip olmamamıza rağmen inanılmaz bir sonuç elde ettik, çünkü bir insan bir günde en fazla birkaç yüz numune analiz edebiliyor. AGAMEDE ile ise 15 bin test yapabilmeyi başardık” dedi.

Robotlar, PLC ve yazılım Mitsubishi Electric tarafından sağlandı

Mitsubishi Electric, Labomatica ve Perlan Techologies teknoloji ortaklarının desteğiyle hayata geçirilen AGAMEDE projesinde Mitsubishi Electric’in 6-akslı robotu, PLC kontrolörleri ve MELFA Basic yazılımı kullanıldı. Uzun bir kola sahip endüstriyel robot, sistemin ana bileşenini oluşturuyor.  Entegre bir robotik araç yardımıyla 96 ve 384 gözlü mikro tahlil plağı üzerinde mikro ölçekte deneyler yapabilen robot, analitik ekipmanı sürekli olarak kullanan bir laboratuvar teknisyeninin çalışmasını taklit ediyor. Bunun için operatör tarafından kontrol yazılımına girilen deney protokolleri kullanılıyor.

Uygulamada ayrıca endüstriyel hücre kültürü inkübatörleri, plaka ve uç besleyiciler, pipetleme istasyonları, etiketleme cihazları, barkod tarayıcılar, plaka kapatıcılar, flüoresans okuyucular ve spektrofotometreler kullanıldı. Öne çıkan bir cihaz olarak dört flüoresans kanalına sahip otomatik bir konfokal mikroskop HCA, AGAMEDE sistemi içinde yer alıyor. Bu cihaz, biyoteknoloji dünyası için Hubble teleskobunun mikrokozmoza getirilmiş eşdeğeri anlamına geliyor. Astronomik nesneler yerine, milyonlarca hücre ve doku yapısını aynı kalite ve verimlilikle fotoğraflayarak analiz ediyor. Cihaz, ortama nanolitre (mililitrenin milyonda biri) aralığında sıvı madde veren akustik bir dağıtıcı ile tamamlandı. Böylesine küçük hacimlerde sıvıların hızlı bir şekilde verilmesi araştırma maliyetlerini azaltarak çalışma hızını artırıyor. Bu sayede 115 bin üzeri kimyasal madde koleksiyonu kullanılarak deneylerin kısa süreler içinde yapılmasına olanak tanınıyor.

Mitsubishi Electric’in global gücünden gelen deneyim

Robotlarla laboratuvar ekipmanlarının birlikte çalıştığı böylesine ileri düzey bir sistemin Polonya’da ilk defa uygulanmasında uluslararası deneyimden faydalandıklarını vurgulayan Mitsubishi Electric Polonya Yaşam Bilimleri Sektörü Çözümleri Koordinatörü Roman Janik; “Bu projede, yenilikçi projelere kendini adamış Mitsubishi Electric’in global organizasyonunun desteği son derece yararlı oldu. Laboratuvar teknisyenlerini mümkün olan en kısa sürede rahatlatacak bir çözüm geliştirmek için hepimiz kısa süre içinde çok çalıştık ve haftalık 100 bin örnek teslim etmeyi başardık. Bu bizim için inanılmaz bir sonuç oldu” dedi.

Birçok disiplini bir araya getirdi  

AGAMEDE projesinin robotik, bilgisayar bilimi, endüstriyel tasarım, matematik, biyoloji ve kimya dünyalarını bir araya getiren disiplinler arası; zaman baskısı olmasaydı bile karmaşık bir proje olacağını söyleyen Mitsubishi Electric Robotik Mühendisi Tomasz Scholz, sözlerini şöyle sürdürdü: “Bu proje için kullandığımız çözümler yenilikçi ve benzersiz… Birçok projede geçerli olduğu üzere en büyük güçlük hedefi ve hedefe nasıl ulaşacağımızı tanımlamak oldu. Cevap ise farklı uzmanlık alanlarından insanların aynı düzeyde iletişim kurarak beklentileri netleştirecekleri ortak bir teknik dil bulmaktı. Soyut kavramlarla düşünen akademik dünya ile tipik olarak sabit bir sistemi takip eden endüstriyel dünya arasında köprü kurmak sıklıkla zor bir görev oluyor, ancak biz de bunu başardık.”

Laboratuvar planlamasında yeni yaklaşımlar

AGAMEDE’nin tasarımıyla Antik Yunan’a atıfta bulunduklarını, başta bilim dünyasındaki kadınlar olmak üzere bilimsel düşünmenin başlangıcına gösterdikleri bir saygının bir ifadesi olduğunu söyleyen Prof. Dr. Radosław Pilarski, planlamada sistemin yerleştirildiği laboratuvar alanına da önem verdiklerini vurguladı ve sözlerini şöyle tamamladı: “Çoğu laboratuvarda penceresiz olan, aseptik hücre kültürü için kullanılan temiz odaya tamamen yeni bir görünüm kazandırılarak yerleşik standartlardan ayrıldı. Dikkatle kapatılmış büyük pencereler sayesinde ortam çok iyi bir şekilde aydınlatılıyor. Eklenen cam panellerle temiz oda tulumları giyilmeden sistemin sürekli gözlem ve kontrol altında tutulması sağlanıyor. Ayrıca çalışmada kullanılan yüksek çözünürlüklü 4K monitörler ve kameralar sayesinde AGAMEDE ve yapılan deneyler dünyanın herhangi bir yerinden uzaktan izlenebiliyor.”