Un nouveau type de laboratoire principal : entretien avec le laboratoire DAMP de l'université de Boston

Les laboratoires de base sont essentiels dans les milieux de recherche universitaire en sciences de la vie. Ils fournissent des installations centralisées dotées de technologies et d'une expertise de pointe. Ces laboratoires proposent des services tels que le séquençage à haut débit, la microscopie, la protéomique et le soutien bioinformatique, qui sont souvent trop coûteux ou trop complexes pour que les laboratoires puissent les gérer de manière indépendante.

Cependant, des laboratoires de base spécifiques, tels que le Laboratoire DAMP de l'université de Boston, peuvent aller bien au-delà de ce modèle en agissant comme leurs propres écosystèmes d'innovation et en propulsant les initiatives de recherche vers de nouveaux sommets. Ces quelques établissements uniques fonctionnent comme des incubateurs, ce qui leur confère une position unique dans l'espace universitaire.

eLabNext a découvert le laboratoire DAMP, qui signifie Design, Automation, Manufacturing, and Processes, pendant la pandémie de COVID-19 en tant que ils ont transformé leurs opérations pour gérer plus de 10 000 échantillons par jour, avec plusieurs millions d'appels d'API par heure, l'intégration à trois bases de données et plusieurs Hamilton robots de manipulation de liquides.

Et cela ne fait qu'effleurer la surface de ce que fait le laboratoire DAMP. Le laboratoire vise à développer de nouveaux systèmes biologiques en utilisant des représentations formelles de protocoles et d'expériences pour le cycle spécifier-conception-construction-tests. Cela permettra d'obtenir des résultats de recherche plus rapides, plus évolutifs et reproductibles qui pourront être transférés du monde universitaire à la société.

Dans cette interview, nous nous entretenons avec PI Douglas Densmore, Ph.D., pour en savoir plus sur DAMP Lab et son travail ! Profitez-en !

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Q : Veuillez nous en dire un peu plus sur DAMP Lab et le type de services que vous proposez.

R : La mission du laboratoire DAMP est de développer de nouveaux systèmes biologiques en utilisant des représentations formelles de protocoles et d'expériences pour le cycle spécifier-conception-construction-tests. Cela permettra d'obtenir des résultats de recherche plus rapides, plus évolutifs et reproductibles qui pourront être transférés du monde universitaire à la société. Le laboratoire DAMP utilise son expertise pour fournir des résultats cohérents, reproductibles et à haut débit que les chercheurs peuvent partager. Ces caractéristiques sont essentielles pour répondre aux efforts de recherche liés à la biologie synthétique où le temps, le coût, l'évolutivité et la qualité des résultats sont primordiaux. Nous proposons plus de 45 protocoles de biologie moléculaire, notamment l'assemblage de l'ADN, la PCR, la purification de l'ADN/ARN, le clonage (par exemple, transformation, placage, sélection de colonies et quantification de l'ADN), la préparation de bibliothèques pour le séquençage de nouvelle génération (NGS), les tests de gènes rapporteurs, la préparation d'échantillons par cytométrie en flux, entre autres. Nous proposons également des services de développement d'automatisation, de conseil et de tests cliniques.

Le personnel de nos opérations est composé de moi-même, de la professeure Cathie Klapperich, de Courtney Tretheway, directrice des opérations du laboratoire, et de plusieurs membres talentueux d'associés de recherche, de technologues, d'ingénieurs en automatisation et d'ingénieurs logiciels.

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Q : Comment vous différenciez-vous des autres laboratoires principaux ?

R : L'un des principaux points de différenciation est que notre objectif est d'être complètement « virtuel » en ce sens que vous n'interagissez qu'avec un logiciel. Cette interaction peut être manuelle (via un site Web) ou programmatique via une connexion à un autre outil logiciel (par exemple, « cliquez pour payer » dans un éditeur de séquences d'ADN). De la même manière que les restaurants de restauration rapide optent pour des « kiosques », nous aimerions que toutes les « commandes » soient effectuées via un ensemble de services paramétrés et demandées officiellement, ce qui réduirait les ambiguïtés et renforcerait la standardisation. Non seulement cela oblige les clients à choisir des produits que nous savons bien faire, mais cela réduit également les erreurs, facilite le suivi des commandes et les mises à jour, et ouvre la voie aux ordinateurs (et à l'IA) pour qu'ils jouent un rôle plus important à l'avenir.

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Q : Pouvez-vous développer vos services d'assemblage et de clonage d'ADN ?

R : D'une manière générale, nous proposons le clonage moléculaire et l'assemblage Gibson. Le DAMP est membre de l'IGSC (International Gene Synthesis Consortium), une organisation créée pour exécuter un protocole commun pour cribler les séquences des ordres de gènes synthétiques afin de garantir la sécurité des gènes synthétisés. Nous sommes uniques à cet égard, car notre objectif est d'en faire un processus entièrement automatisé qui commence lorsqu'une tâche d'assemblage d'ADN est soumise.

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Q : En ce qui concerne vos services de développement et de conseil en automatisation, quels sont les défis les plus courants que vous rencontrez chez vos clients ?

R : Le principal défi consiste à traduire les besoins des clients dans notre « menu » fixe de services. Nous devons soit faire correspondre ces besoins de manière personnalisée à nos services, soit transformer les besoins ou les services afin de répondre aux exigences des clients. Lorsque ces transformations se produisent, nous devons soigneusement évaluer les coûts et les avantages. Nous devons éviter de créer des services ou des efforts ponctuels dont les autres clients ne voudront pas. Dans le même temps, nous devons communiquer avec le plus grand nombre de clients possible afin de respecter nos obligations financières envers notre personnel et l'Université.

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Q : Quelles sont les motivations les plus courantes qui poussent les chercheurs à tirer parti d'une installation telle que le laboratoire DAMP pour le NGS et des services de préparation de bibliothèques ?

R : La mise en place et la maintenance des capacités du NGS en interne peuvent être d'un coût prohibitif pour de nombreux groupes de recherche, en particulier dans le monde universitaire. En sous-traitant au laboratoire DAMP, les chercheurs peuvent accéder à ces ressources sans les coûts initiaux ni l'expertise technique nécessaires pour ces instruments. Grâce aux flux de travail modulaires et à haut débit de DAMP utilisant des manipulateurs de liquides, les scientifiques peuvent facilement rationaliser leurs délais expérimentaux pour des projets à grande et petite échelle sans contraintes. L'un des principaux défis de la préparation des bibliothèques est la nécessité de normaliser les échantillons pour garantir une sortie équilibrée des cellules à flux. La capacité du DAMP à surmonter ces obstacles en contrôlant avec précision les entrées et les sorties d'échantillons à chaque étape garantit une préparation de bibliothèque uniforme et robuste, même pour les types d'échantillons les plus difficiles ou les plus divers.

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Q : En ce qui concerne vos services d'essais cliniques, pouvez-vous discuter de certaines des réglementations que vous et les autres devez respecter, notamment en ce qui concerne la gestion numérique de ces échantillons ?

R : Certaines des réglementations les plus pertinentes auxquelles nos clients doivent se conformer sont les réglementations HIPAA et CLIA. Les réglementations HIPAA renforcent la protection des données des patients. Nous avons effectué environ 2,5 millions de tests de dépistage de la COVID-19 entre 2020 et 2023. Dans notre cas, nous avons mis en place des systèmes pour anonymiser toutes les données des patients avant même qu'elles n'entrent dans notre système. Nous avons pu utiliser eLabNext pour la gestion et le stockage des échantillons ainsi que pour le stockage des SOP. Les SOP doivent être révisées régulièrement, et les avoir toutes dans un environnement central et contrôlé par les versions s'est avéré extrêmement utile pour nous. En outre, les données des échantillons doivent être conservées et conservées pendant plusieurs années après leur traitement, ce qui représente beaucoup plus facile à faire avec un LIMS. La combinaison de notre LIMS et de certains logiciels d'intégration nous a permis de créer un laboratoire totalement dématérialisé, du début du processus à la livraison des données, et de nous conformer aux réglementations HIPAA et CLIA pertinentes.

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Q : D'après ce que j'ai compris, vous avez des clients internes et externes. Pouvez-vous nous en dire plus sur les clients externes et sur les types d'entreprises qui font appel à vos services ?

R : Nos clients externes, y compris Mitre, S'aligner pour innover, et Draper Labs, s'intéressent à des projets à long terme mettant en lumière des initiatives spécifiques dans l'ensemble de la communauté de la biologie synthétique. Ils s'intéressent également aux activités de validation de concept qui combinent plusieurs services, des transferts de matériel et des analyses de données.

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Q : Quels sont les outils d'IA envisagés par DAMP Lab, et comment prévoyez-vous que l'IA aura un impact sur vos services ?

R : Il y en a deux les grandes manières dont l'IA peut vous aider dans un laboratoire cloud, tel que DAMP. Tout d'abord, cela peut vous aider à en savoir plus sur ce que vous avez fait et vous suggérer de biaiser vos processus en faveur ou en défaveur de ce que vous avez fait dans le passé. Dans le premier cas, cela peut vous permettre de vous rapprocher de vos réussites passées, de processus qui vous permettent d'économiser de l'argent puisque vous pouvez « combiner » les résultats/artefacts, etc. antérieurs, et de vous aider à créer de nouvelles choses qui vous aideront à couvrir intelligemment « l'espace de conception ». Par conséquent, vous disposez de plus de données qui couvrent plus d'exemples pour vous aider à mieux apprendre. Cette dernière solution peut vous éviter des efforts dupliqués, des échecs antérieurs ou ce qui pourrait être une conception progressive.

La deuxième façon d'utiliser l'IA est d'examiner ce que les utilisateurs demandent au laboratoire. Cela nous permet de commander des matériaux de manière préventive, d'élargir notre offre de services et nos offres groupées, de surveiller l'activité pour détecter les menaces de biosécurité et de proposer des flux de travail alternatifs aux utilisateurs sur la base d'autres expériences clients réussies.

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L'avenir du laboratoire DAMP

Le laboratoire DAMP de l'université de Boston illustre une nouvelle génération de laboratoires de base qui transcendent les frontières traditionnelles pour devenir des pôles d'innovation au sein du milieu universitaire. En tirant parti d'une automatisation de pointe, de protocoles de biologie moléculaire étendus et d'un engagement inébranlable en faveur de la reproductibilité et de l'évolutivité, le DAMP Lab soutient la recherche à haut débit et la fait avancer. Leur approche unique de l'interface virtuelle et de l'intégration de l'IA les place à la pointe de la biologie synthétique, offrant ainsi un schéma directeur pour l'avenir des installations de recherche. Les informations partagées par le Dr Douglas Densmore mettent en lumière le rôle central du laboratoire dans l'avancement des découvertes scientifiques et la traduction de la recherche universitaire en applications sociétales. Alors que le paysage de la recherche en sciences de la vie continue d'évoluer, les méthodologies et services innovants du DAMP Lab joueront sans aucun doute un rôle crucial pour façonner l'avenir de ce domaine.

Le DAMP Lab accueille les 3^rd Atelier international sur l'automatisation de la bioproduction (IWBMA) à partir du 16 novembre^th jusqu'à 19^th à l'université de Boston. Pour plus d'informations sur l'IWBMA, rendez-vous sur https://www.damplab.org/iwbma.

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Pour en savoir plus sur le DAMP Lab, visitez www.damplab.org/

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