Création d'un système d'exploitation (OS) pour le laboratoire des sciences de la vie d'aujourd'hui

Si vous lisez ceci, vous utilisez probablement un ordinateur de bureau, une tablette ou un téléphone.

Nous prenons souvent pour acquis le fonctionnement interne complexe de ces appareils, mais ce qu'ils font est incroyable, car ils gèrent les entrées et les sorties d'un large éventail de logiciels et de matériels.

Et au centre de tout cela se trouve le système d'exploitation (OS), un logiciel essentiel qui communique avec l'unité centrale (CPU), le disque dur, la mémoire et d'autres logiciels, en les intégrant pour que votre appareil puisse fonctionner correctement. Il vous permet également, en tant qu'utilisateur, de communiquer avec votre ordinateur, votre tablette ou votre téléphone et d'effectuer des tâches via une interface visuelle simple sans connaître la langue de votre appareil.

Bien que la fonction de base soit la même, tous les systèmes d'exploitation ne sont pas créés de la même manière : le système d'exploitation d'Apple offre une interface visuellement époustouflante mettant l'accent sur la simplicité et l'intégration. Dans le cas du système d'exploitation de Microsoft, les hautes performances, la sécurité et la facilité d'utilisation sont les priorités.

Ces dernières années, mon équipe et moi avons imaginé un monde dans lequel un système d'exploitation pourrait exister dans un laboratoire de sciences de la vie. Au lieu d'utiliser un programme différent pour chaque instrument, tous les instruments et équipements pouvaient être accessibles et contrôlés à l'aide d'une interface logicielle unique sans connaissance préalable des spécificités de leur fonctionnement interne, portant ainsi l'automatisation des laboratoires à un niveau supérieur. Cette possibilité rendrait l'expérimentation accessible au personnel de tous niveaux d'expérience et permettrait de gagner énormément de temps à l'échelle du laboratoire, du département et de l'organisation.

Dans le blog suivant, nous approfondirons l'automatisation des laboratoires, les limites actuelles des instruments automatisés et la manière dont notre mission, à savoir créer un « système d'exploitation de laboratoire », peut apporter la prochaine génération de recherches en sciences de la vie.

Principes de base et avantages de l'automatisation des laboratoires

Au cours des dernières décennies, le nombre d'instruments automatisés sophistiqués de manipulation et d'analyse des liquides a augmenté, dotant les scientifiques d'outils puissants leur permettant de mieux comprendre le monde qui nous entoure.

L'automatisation des laboratoires repose sur trois composants essentiels qui la rendent possible :

• Systèmes robotiques : Les systèmes robotiques peuvent effectuer un large éventail de tâches de laboratoire de routine, notamment la manipulation de liquides, la préparation d'échantillons, la manipulation de plaques et le traitement des tests. Ces systèmes automatisés sont équipés de mécanismes et de capteurs précis qui leur permettent de manipuler de petits volumes de liquide, de distribuer des réactifs avec précision et d'effectuer des étapes de pipetage répétitives avec une grande précision. Ils peuvent travailler 24 heures sur 24, avec un minimum de temps de manipulation, ce qui accélère le rythme des expérimentations et augmente la productivité.
• Logiciel de l'instrument : Le matériel robotique est essentiel mais il est inutile sans un logiciel qui lui indique ce qu'il doit faire et fournit à l'utilisateur un portail pour le contrôler. Les logiciels d'automatisation permettent de contrôler et de coordonner divers instruments et appareils dans le laboratoire. Il permet la conception et l'exécution de protocoles expérimentaux complexes, la planification des tâches et le suivi des performances des instruments.
• Systèmes de gestion et d'analyse des données : Les systèmes de gestion et d'analyse des données facilitent le stockage, la récupération et l'analyse des données expérimentales générées par certains instruments, ce qui permet aux scientifiques de gérer et d'interpréter plus facilement de grands volumes d'informations. Selon la plateforme, un système de gestion des données peut être un simple « poney à un tour » ou un solution de bout en bout pour l'ensemble du cycle de vie des données.

En fin de compte, la combinaison de ces trois composants dans un réglage d'instrument automatisé capable de tout effectuer, de la préparation des échantillons à l'analyse, présente des avantages significatifs pour de nombreux laboratoires, notamment :

• Reproductibilité améliorée : La crise de la reproductibilité dans les sciences et les facteurs qui y contribuent constituent depuis longtemps une aubaine pour l'avancement de la recherche. Les systèmes robotiques résolvent plusieurs de ces problèmes en effectuant des tâches avec une grande précision, en réduisant le risque d'erreur humaine (sans toutefois l'éliminer) et en améliorant la qualité des données. Les processus automatisés facilitent également la réplication des expériences, permettant aux chercheurs d'obtenir des résultats fiables et reproductibles, essentiels pour les avancées scientifiques et la conformité réglementaire.
• Rentabilité à long terme : Bien que l'automatisation des laboratoires nécessite un investissement initial relativement important, elle peut permettre de réaliser d'importantes économies à long terme. En augmentant le débit et la productivité, l'automatisation optimise l'utilisation des ressources, réduit les coûts de main-d'œuvre et minimise le besoin de réactifs et de consommables. En outre, l'automatisation réduit le risque d'erreurs coûteuses et de retouches, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle et la rentabilité.
• Sécurité et atténuation des risques : En minimisant l'exposition aux matières dangereuses et aux microtraumatismes répétés associés à la manipulation manuelle, l'automatisation des laboratoires contribue à atténuer les risques pour la sécurité du personnel. Les systèmes automatisés peuvent manipuler des substances potentiellement dangereuses et effectuer des tâches dans des environnements contrôlés, réduisant ainsi les risques d'accidents et garantissant un environnement de travail plus sûr.
• Découverte accélérée : L'automatisation accélère le processus de R&D, permettant aux scientifiques de mener des expériences plus rapidement. En permettant de traiter un grand nombre d'échantillons et de réaliser des expériences à haut débit, l'automatisation facilite la génération et l'analyse rapides des données. Ce flux de travail accéléré accélère les découvertes scientifiques, stimule l'innovation et accélère la traduction des résultats de la recherche en applications pratiques.
• Standardisation et conformité : L'automatisation permet d'établir des protocoles et des procédures normalisés, garantissant ainsi la cohérence entre les expériences et les laboratoires. Cette standardisation est cruciale dans les environnements réglementés, où le respect de normes de qualité et d'exigences réglementaires strictes est nécessaire. L'automatisation permet un contrôle précis des paramètres expérimentaux, de la collecte de données et de la documentation, simplifiant ainsi la conformité réglementaire et les processus d'audit.
• Gestion des données améliorée : L'automatisation s'intègre à des systèmes logiciels sophistiqués pour capturer, analyser et stocker les données de manière fluide. Cela élimine la saisie manuelle des données, réduit les erreurs de transcription et améliore l'intégrité des données. La gestion automatisée des données permet de surveiller et de suivre en temps réel les progrès des expériences, ce qui garantit une organisation et une extraction efficaces des données et facilite la prise de décisions fondées sur les données.

Limites de l'écosystème actuel d'automatisation des laboratoires

Bien que les avantages de l'automatisation soient évidents, certaines limites demeurent.

Limite #1 : Expérience scientifique et exigences de formation spécifiques à l'instrument

Travailler avec les instruments et équipements de laboratoire automatisés actuels nécessite une compréhension approfondie de la manière dont les protocoles manuels des sciences de la vie sont conçus et mis en œuvre. En outre, une expérience du fonctionnement, des fonctionnalités et des logiciels associés des instruments est nécessaire, et une formation ou une consultation avec un expert technique sont généralement requises avant d'utiliser un instrument. Ces connaissances et cette formation permettent au personnel du laboratoire de prendre des décisions éclairées, de résoudre les problèmes et d'optimiser les performances des systèmes automatisés.

Chaque instrument de laboratoire automatisé possède des fonctionnalités, des protocoles et des interfaces logicielles uniques. Les utilisateurs doivent recevoir une formation spécifique sur l'instrument avec lequel ils travailleront afin de comprendre ses capacités, ses contraintes et ses exigences de maintenance. Les programmes de formation proposés par des fabricants d'instruments ou des organisations tierces familiarisées avec la technologie peuvent aider les utilisateurs à acquérir une expertise dans le fonctionnement efficace de l'instrument spécifique. Cependant, il ne s'agit pas d'une solution à long terme : les stagiaires oublieront leur formation au fil du temps et feront des erreurs.

Limitation #2 : intégration des flux de travail

De nombreux flux de travail et protocoles nécessitent de multiples instruments automatisés dotés de fonctionnalités, de protocoles et de plateformes logicielles uniques. Pour créer un flux de travail cohérent et entièrement automatisé, le personnel du laboratoire doit comprendre le rôle de chaque instrument, ce qui nécessite une formation supplémentaire. En outre, étant donné que de multiples plateformes sont en jeu et qu'aucun système unificateur n'interagit avec elles, une communication et un traitement manuels sont nécessaires pour garantir une intégration, un transfert de données et une analyse fluides.

Limitation #3 : erreur humaine

Les instruments automatisés éliminent de nombreux aspects des erreurs humaines dans le processus de recherche, mais plusieurs étapes sont sujettes aux erreurs. La plupart des systèmes nécessitent des paramètres d'entrée ou des configurations spécifiques pour effectuer les tâches avec précision. Si des erreurs sont commises lors de la configuration du protocole, un instrument peut exécuter par inadvertance les mauvaises étapes à une échelle beaucoup plus grande que s'il était exécuté manuellement. Cela peut entraîner des données erronées, des expériences infructueuses et un gaspillage massif de ressources, de réactifs et de consommables.

Les instruments automatisés nécessitent également un étalonnage et une maintenance réguliers pour garantir des performances précises. Le fait de ne pas étalonner ou entretenir correctement l'équipement peut entraîner des complications en aval et (comme ci-dessus) si une erreur passe inaperçue, elle peut entraîner des résultats inexacts, nécessitant de nouveaux tests et gaspillant des ressources.

Lab OS : lancement de la nouvelle génération en matière d'automatisation

Au début de ce blog, je vous ai demandé d'imaginer un laboratoire entièrement connecté contrôlé par un système d'exploitation de laboratoire.

Comme vous pouvez le constater à la lumière des limites décrites ci-dessus, il est nécessaire de moderniser l'automatisation actuelle des laboratoires. Les systèmes automatisés actuels, avec leur robotique, leurs logiciels et leurs systèmes de gestion des données, sont inutilement complexes.

De plus, le terme « automatisation » de ces instruments n'est pas approprié. L'instrumentation actuelle a considérablement réduit le temps de manipulation par rapport aux protocoles manuels. Pourtant, du personnel qualifié est toujours nécessaire pour les aider à gérer les erreurs et à s'assurer que les protocoles sont exécutés comme prévu.

Pour passer à la prochaine phase de l'automatisation des laboratoires, mon équipe et moi Génie des sciences de la vie ont créé un système d'exploitation de laboratoire unificateur appelé Génie LaBos, permettant la réalisation complète de votre système d'automatisation actuel sans avoir à acheter un tout nouveau parc d'instruments.

Le système d'exploitation est indépendant de l'instrument, ce qui permet aux scientifiques et aux ingénieurs en automatisation de concevoir des protocoles pour tous les instruments et accessoires connectés sans avoir besoin de formation sur un logiciel ou un matériel spécifique à l'instrument. Genie rend l'automatisation des laboratoires accessible en fournissant les détails fastidieux de la disposition de votre terrasse, des conseils et des paramètres de classe de liquide pour une manipulation propre et efficace des liquides.

Ce faisant, le personnel de laboratoire, quel que soit son niveau de compétence, a accès aux fonctionnalités de ses instruments automatisés. La création de protocoles peut être réalisée par simple glisser-déposer. En outre, les essais à sec virtuels permettent de capter la majeure partie de l'intention du chercheur, d'éliminer les erreurs sans avoir à effectuer des essais et des erreurs et de permettre aux utilisateurs de publier des protocoles pour un meilleur partage et une meilleure supervision.

Planifiez une démonstration dès aujourd'hui pour découvrir comment exploiter la prochaine génération de capacités d'automatisation de votre laboratoire.