Kernlabore sind in akademischen biowissenschaftlichen Forschungsumgebungen unverzichtbar. Sie bieten zentrale Einrichtungen, die mit fortschrittlichen Technologien und Fachwissen ausgestattet sind. Diese Labore bieten Dienstleistungen wie Hochdurchsatz-Sequenzierung, Mikroskopie, Proteomik und Bioinformatik-Unterstützung an, die oft zu kostspielig oder komplex sind, als dass einzelne Labore sie unabhängig voneinander verwalten könnten.
Spezifische Kernlabore wie die DAMP-Labor an der Boston University, können weit über dieses Modell hinausgehen, als ihre eigenen Innovationsökosysteme agieren und Forschungsinitiativen auf neue Höhen treiben. Diese wenigen einzigartigen Unternehmen funktionieren wie Inkubatoren und nehmen damit eine einzigartige Position im akademischen Raum ein.
eLabNext lernte das DAMP Lab — das für Design, Automation, Manufacturing and Processes steht — während der COVID-19-Pandemie kennen als sie haben ihre Betriebsabläufe verändert zur Verwaltung von über 10.000 Proben pro Tag, mit mehreren Millionen API-Aufrufen auf stündlicher Basis, Integration mit drei Datenbanken und mehreren Hamilton Roboter für den Umgang mit Flüssigkeiten.
Und das kratzt nur an der Oberfläche dessen, was das DAMP-Labor tut. Das Labor zielt darauf ab, neuartige biologische Systeme unter Verwendung formaler Repräsentationen von Protokollen und Experimenten für den Zyklus „Spezifizieren, Entwerfen, Bauen und Testen“ zu entwickeln. Dies ermöglicht schnellere, skalierbarere und reproduzierbarere Forschungsergebnisse, die von der Wissenschaft auf die Gesellschaft übertragen werden können.
In diesem Interview setzen wir uns mit PI zusammen Douglas Densmore, PhD, um mehr über DAMP Lab und ihre Arbeit zu erfahren! Viel Spaß!
F: Bitte erzählen Sie uns ein wenig über DAMP Lab und die Art der Dienstleistungen, die Sie anbieten.
A: Die Mission des DAMP-Labors besteht darin, neuartige biologische Systeme unter Verwendung formaler Repräsentationen von Protokollen und Experimenten für den Spezify-Design-Build-Testzyklus zu entwickeln. Dies ermöglicht schnellere, skalierbarere und reproduzierbarere Forschungsergebnisse, die von der Wissenschaft auf die Gesellschaft übertragen werden können. Das DAMP-Labor nutzt sein Fachwissen, um konsistente, reproduzierbare Ergebnisse mit hohem Durchsatz zu liefern, die Forscher gemeinsam nutzen können. Diese Eigenschaften sind entscheidend für Forschungsarbeiten im Bereich der synthetischen Biologie, bei denen Zeit, Kosten, Skalierbarkeit und Ergebnisqualität von größter Bedeutung sind. Wir bieten über 45 molekularbiologische Protokolle an, darunter DNA-Assemblierung, PCR, DNA/RNA-Reinigung, Klonen (z. B. Transformation, Plattieren, Koloniepflücken und DNA-Quantifizierung), Erstellung von Bibliotheken für die Sequenzierung der nächsten Generation (NGS), Genreporter-Assays, Probenvorbereitung durch Durchflusszytometrie und vieles mehr. Wir bieten auch Dienstleistungen in den Bereichen Automatisierungsentwicklung, Beratung und klinische Tests an.
Unser Betrieb wird von mir, Professor Cathie Klapperich, Laborbetriebsleiterin Courtney Tretheway und mehreren talentierten Mitarbeitern von wissenschaftlichen Mitarbeitern, Technologen, Automatisierungsingenieuren und Softwareingenieuren geleitet.
F: Wie unterscheiden Sie sich von anderen Kernlaboren?
A: Ein wichtiger Unterscheidungsmerkmal ist, dass unser Ziel darin besteht, vollständig „virtuell“ zu sein, indem Sie nur mit Software interagieren. Diese Interaktion kann manuell (über eine Website) oder programmatisch über eine Verbindung zu einem anderen Softwaretool erfolgen (z. B. „Zur Kasse klicken“ in einem DNA-Sequenz-Editor). So wie Fast-Food-Restaurants auf „Kioske“ umstellen, möchten wir, dass alle „Bestellungen“ über eine Reihe von parametrisierten Diensten abgewickelt und formell angefordert werden, was Unklarheiten reduziert und eine Standardisierung durchsetzt. Das zwingt Kunden nicht nur dazu, Dinge auszuwählen, von denen wir wissen, wie sie sie gut können, sondern es reduziert auch Fehler, ermöglicht eine einfachere Auftragsverfolgung und Aktualisierungen und ebnet den Weg dafür, dass Computer (und KI) in Zukunft letztendlich eine größere Rolle spielen werden.
F: Können Sie Ihre DNA-Assembly- und Cloning-Dienste erweitern?
A: Im Allgemeinen bieten wir molekulares Klonen und Gibson-Assemblierung an. DAMP ist Mitglied des IGSC (International Gene Synthesis Consortium), einer Organisation, die gegründet wurde, um ein gemeinsames Protokoll zur Überprüfung der Sequenzen synthetischer Genordnungen durchzuführen, um sicherzustellen, dass synthetisierte Gene sicher sind. In dieser Hinsicht sind wir einzigartig, da es unser Ziel ist, diesen Prozess zu einem vollständig automatisierten Prozess zu machen, der beginnt, sobald ein Auftrag zur DNA-Montage eingereicht wird.
F: Was sind die häufigsten Herausforderungen Ihrer Kunden in Bezug auf Ihre Automatisierungsentwicklungs- und Beratungsdienste?
A: Die größte Herausforderung besteht darin, die Kundenbedürfnisse in unser festes „Menü“ an Dienstleistungen umzusetzen. Entweder müssen wir diese Bedürfnisse 1:1 unseren Dienstleistungen zuordnen oder entweder die Bedürfnisse oder die Dienstleistungen so transformieren, dass wir die Kundenanforderungen erfüllen können. Wenn diese Veränderungen stattfinden, müssen wir die Kosten und Vorteile sorgfältig abwägen. Wir müssen verhindern, dass einmalige Dienstleistungen oder Maßnahmen eingeführt werden, die andere Kunden nicht wünschen. Gleichzeitig müssen wir mit so vielen Kunden wie möglich zusammenarbeiten, um unseren finanziellen Verpflichtungen gegenüber unseren Mitarbeitern und der Universität nachzukommen.
F: Was sind die häufigsten Beweggründe für Forscher, eine Einrichtung wie das DAMP-Labor für NGS- und Bibliotheksvorbereitungsdienste zu nutzen?
A: Die interne Einrichtung und Wartung von NGS-Funktionen kann für viele Forschungsgruppen, insbesondere im akademischen Bereich, unerschwinglich sein. Durch die Auslagerung in das DAMP-Labor können Forscher auf diese Ressourcen zugreifen, ohne die Vorabkosten oder das technische Fachwissen, das für diese Instrumente erforderlich ist. Mit den modularen Arbeitsabläufen von DAMP mit hohem Durchsatz, bei denen Liquid Handler zum Einsatz kommen, können Wissenschaftler ihre experimentellen Zeitpläne für große und kleine Projekte problemlos und ohne Einschränkungen optimieren. Eine der größten Herausforderungen bei der Bibliotheksvorbereitung ist die Notwendigkeit einer Probennormalisierung, um eine ausgeglichene Durchflusszellenleistung sicherzustellen. Die Fähigkeit von DAMP, diese Hindernisse zu überwinden, indem es die Probeneingänge und -ausgänge in jeder Phase präzise steuert, gewährleistet eine einheitliche und robuste Probenvorbereitung selbst bei den schwierigsten oder unterschiedlichsten Probentypen.
F: Können Sie in Bezug auf Ihre klinischen Testdienste einige der Vorschriften besprechen, die Sie und andere einhalten müssen, insbesondere in Bezug auf die digitale Verwaltung dieser Proben?
A: Einige der wichtigsten Vorschriften, die unsere Kunden einhalten müssen, sind die HIPAA- und CLIA-Vorschriften. Die HIPAA-Vorschriften setzen den Schutz von Patientendaten durch. Wir haben von 2020-2023 ~2,5 Millionen COVID-19-Tests durchgeführt. In unserem Fall haben wir Systeme eingerichtet, um alle Patientendaten zu anonymisieren, bevor sie überhaupt in unser System gelangen. Wir konnten eLabNext für das Probenmanagement und die Lagerung sowie für die Speicherung von SOPs nutzen. SOPs müssen regelmäßig überprüft werden, und sie alle in einer zentralen und versionskontrollierten Umgebung zu haben, war für uns unglaublich nützlich. Darüber hinaus müssen die Beispieldaten nach der Verarbeitung mehrere Jahre lang aufbewahrt und gepflegt werden, was sehr viel ist einfacher mit einem LIMS. Durch die Kombination unseres LIMS und einiger Integrationssoftware konnten wir vom Prozessstart bis zur Datenlieferung ein vollständig papierloses Labor einrichten und die relevanten HIPAA- und CLIA-Vorschriften einhalten.
F: Soweit ich weiß, haben Sie sowohl interne als auch externe Kunden. Können Sie uns mehr über die externen Kunden erzählen und welche Art von Unternehmen Ihre Dienste in Anspruch nehmen?
A: Unsere externen Kunden, einschließlich Mitra, Auf Innovation ausrichten, und Draper Labs, sind an langfristigen Projekten interessiert, die spezifische Initiativen in der größeren Gemeinschaft der synthetischen Biologie hervorheben. Sie sind auch an Machbarkeitsstudien interessiert, bei denen mehrere Dienstleistungen, Materialtransfers und Datenanalysen kombiniert werden.
F: Welche KI-Tools erwägt DAMP Lab, und wie prognostizieren Sie, dass sich KI auf Ihre Dienste auswirken wird?
A: Es gibt zwei breite Wege, wie KI kann in einem Cloud-Labor wie DAMP helfen. Erstens kann es Ihnen helfen, zu erfahren, was Sie getan haben, und Ihnen nahelegen, dass Sie Ihre Prozesse auf das ausrichten, was Sie in der Vergangenheit getan haben, oder sich von diesen ablenken lassen. Im ersten Fall könnte es Sie zu früheren Erfolgen bewegen, zu Prozessen, die Ihnen Geld sparen, da Sie vergangene Ergebnisse/Artefakte usw. „kombinieren“ können, und Ihnen dabei helfen, neue Dinge zu entwickeln, die Ihnen helfen, den „Designbereich“ intelligent abzudecken. Somit verfügen Sie über mehr Daten, die mehr Beispiele abdecken und Ihnen beim weiteren Lernen helfen. Letzteres könnte Sie davon abhalten, doppelte Anstrengungen zu unternehmen, in der Vergangenheit gescheitert zu sein oder etwas, was möglicherweise ein schrittweises Design sein könnte, zu vermeiden.
Die zweite Möglichkeit, KI zu verwenden, besteht darin, zu untersuchen, was Benutzer vom Labor anfordern. Auf diese Weise können wir präventiv Materialien bestellen, unsere Serviceangebote und Pakete erweitern, Aktivitäten im Hinblick auf Biosicherheitsbedrohungen überwachen und Benutzern alternative Arbeitsabläufe vorschlagen, die auf anderen erfolgreichen Kundenerfahrungen basieren.
Die Zukunft des DAMP-Labors
Das DAMP Lab der Boston University ist ein Beispiel für eine neue Generation von Kernlaboren, die traditionelle Grenzen überschreiten und zu Innovationszentren innerhalb der akademischen Welt werden. Durch den Einsatz modernster Automatisierung, umfangreicher molekularbiologischer Protokolle und eines unerschütterlichen Engagements für Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit unterstützt das DAMP-Labor die Hochdurchsatzforschung und treibt sie voran. Ihr einzigartiger Ansatz für virtuelle Schnittstellen und KI-Integration positioniert sie an der Spitze der synthetischen Biologie und bietet eine Blaupause für die Zukunft von Forschungseinrichtungen. Die von Dr. Douglas Densmore geteilten Erkenntnisse verdeutlichen die zentrale Rolle des Labors bei der Förderung wissenschaftlicher Entdeckungen und der Umsetzung akademischer Forschung in gesellschaftliche Anwendungen. Da sich die Landschaft der biowissenschaftlichen Forschung ständig weiterentwickelt, werden die innovativen Methoden und Dienstleistungen des DAMP Lab zweifellos eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Zukunft dieses Bereichs spielen.
Das DAMP Lab veranstaltet die 3rd Internationaler Workshop zur BioFertigungsautomatisierung (IWBMA) vom 16. Novemberth bis 19th an der Boston University. Weitere Informationen zur IWBMA finden Sie unter https://www.damplab.org/iwbma.
Um mehr über das DAMP Lab zu erfahren, besuchen Sie www.damplab.org/
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