Innovatie is de motor achter de biowetenschappen. Waarom gebruiken we nog steeds papieren labnotitieboeken?

In 1950 zou de medische kennis elke vijftig jaar verdubbelen. 

In 1980 was de verdubbelingstijd zeven jaar. 

In 2010 werd dit teruggebracht tot drieënhalf jaar. 

En de datagroei blijft toenemen. Alleen al in 2013 werd er 153 exabytes aan wereldwijde gezondheidszorggegevens gegenereerd, een cijfer dat naar schatting zal stijgen tot 2.314 exabytes in 2020.

Deze versnelling is ongelooflijk, maar toch gebeurt het ongeacht hoe al die informatie wordt gebruikt. In deze blog bespreken we de innovatie die heeft geleid tot onze huidige gouden eeuw van laboratoriumautomatisering en hoe het gegevensbeheer in de biowetenschappen verder kan worden verbeterd.

Innovatie brengt innovatie voort: Historische voorbeelden in de biowetenschappen

Toen ik voor het eerst las over de verdubbeling van gegevens in de afgelopen decennia, vroeg ik me af wat de oorzaak was van zo'n snelle toename van deze tijdlijnen. In de jaren 1950 werd de Nobelprijs toegekend aan John Enders, Thomas Weller en Frederick Robbins voor het kweken van poliovirus in kweek, waarmee ze de weg vrijmaakten voor grootschalige vaccinproductie en bijdroegen aan de ontwikkeling van de vaccins tegen mazelen, bof, rode hond en waterpokken. 

Vóór deze vooruitgang werden de eerste elektrisch aangedreven centrifuges geïntroduceerd in 1910 en aan het eind van de jaren 1940 werden de eerste subcellulaire componenten geïsoleerd met behulp van centrifugatie. Kort nadat deze technieken nuttig bleken, vonden de bovengenoemde doorbraken door Enders, Weller en Robbins plaats. 

Was dat de enige reden? 

Bijna zeker van niet. Maar de voortdurende innovatie zorgde voor een revolutie in de kennis van Enders en collega's over de structuur, samenstelling en functie van intracellulaire componenten. Het toonde ook het ongelooflijke potentieel van centrifugeren voor biomedisch onderzoek.

Ga verder naar de jaren '70 en '80 toen Walter Fiers als eerste het DNA van een compleet gen sequentieerde (het gen dat codeert voor het manteleiwit van een bacteriofaag MS2). Vervolgens introduceerde Fredrick Sanger de dideoxy-keten-termineermethode voor het sequencen van DNA-moleculen, die meer dan 30 jaar lang het meest werd gebruikt. 

Sanger-sequencing was echter niet geautomatiseerd en kostte veel tijd. In 1987 slaagden Leroy Hood en Michael Hunkapiller erin om Sanger-sequencing te automatiseren door twee belangrijke verbeteringen in de methode aan te brengen. DNA-fragmenten werden gelabeld met fluorescerende kleurstoffen in plaats van radioactieve moleculen en het verzamelen en analyseren van gegevens werd mogelijk op de computer. De creatie van de AB370A in 1986 was een enorme stap in het verhogen van de verwerkingscapaciteit van deze revolutionaire techniek, wat leidde tot de sequencing van 96 monsters tegelijkertijd.

Zo werd "eerste-generatie-sequentiebepaling" geboren. 

Volgende op de horizon: Behandeling en automatisering van vloeistoffen

De manier waarop automatisering de DNA-sequentiebepaling vooruit hielp, diende als mijlpaal voor verdere laboratoriumautomatisering. De eerste geautomatiseerde vloeistofverwerker werd gebouwd toen het eerste volledige gen werd gesequenced. Zoals hierboven vermeld, verliep de ontwikkeling in afzonderlijke stappen. 

In de jaren '70 voegden bedrijven een motor toe aan pipetten om het opzuigen en doseren te regelen. 

In de jaren '80 zagen we volledige werkstations die complexe protocollen konden voltooien. 

En in de jaren '90 werd high-throughput screening ontwikkeld, 

Begin jaren 2000 gevolgd door next-generation sequencing (NGS). 

Kort daarna zorgde de vooruitgang van de computer en gebruiksvriendelijke software van bedrijven als Eppendorf ervoor dat vloeistofverwerking gemeengoed werd.

De behandeling van vloeistoffen is een van de meest variabele taken in een laboratorium en ongetwijfeld de meest tijdrovende. De ontwikkeling van geautomatiseerde werkstations, in combinatie met de moderne computer, heeft zeker bijgedragen aan de toename van wetenschappelijke kennis. 

Maar de kosten van geautomatiseerde instrumentatie hebben een wijdverspreide implementatie lange tijd in de weg gestaan. Vergeet niet dat automatisering in de jaren '80 en '90 alleen beschikbaar was voor laboratoria/bedrijven die bereid waren een flinke duit neer te tellen voor de werkstations. De bedrijven die deze apparaten produceerden hadden speciale softwareprogrammeurs nodig; sommige hebben die specialiteit nog steeds nodig! 

Pas in het begin van de jaren 2000 werd automatisering toegankelijker door de lagere kosten en het toegenomen gebruiksgemak. Niet alleen farmaceutische bedrijven en goed gefinancierde biotechs hadden nog toegang. Met de introductie van vloeistofmanipulatoren van Eppendorf, zoals de eerste geautomatiseerde pipetteersysteem, de EpMotionzou elk laboratorium een drastische vermindering van pipetteerfouten, een hogere verwerkingscapaciteit en een betere naleving van de strenge wettelijke vereisten kunnen zien. Geautomatiseerde workflows zorgen nu voor enorme innovaties en doorbraken. Hieronder gaan we dieper in op waarom geautomatiseerde vloeistofmanipulatoren, in het bijzonder de EpMotion van Eppendorf, onmisbaar zijn in een onderzoekslaboratorium en wat de vele voordelen ervan zijn:

1. Precisie en nauwkeurigheid: Een van de belangrijkste kenmerken van de Eppendorf EpMotion vloeistofhandler is zijn uitzonderlijke precisie en nauwkeurigheid. Met geavanceerde pipetteertechnologieën, innovatieve vloeistofniveaudetectie en intelligente softwarealgoritmen zorgt het EpMotion systeem voor nauwkeurig en reproduceerbaar pipetteren van monsters, reagentia en buffers. Dit niveau van nauwkeurigheid minimaliseert menselijke fouten, verhoogt de betrouwbaarheid van experimenten en verbetert de kwaliteit van gegevens aanzienlijk.
2. Flexibiliteit en schaalbaarheid: De Eppendorf EpMotion serie biedt een breed scala aan vloeistofbehandelingsplatforms om te voldoen aan de uiteenlopende behoeften van laboratoria, van kleinschalige onderzoeksprojecten tot high-throughput toepassingen. Of u nu een compact benchtop-systeem of een volledig geautomatiseerd robotwerkstation nodig heeft, Eppendorf biedt een oplossing die kan worden afgestemd op uw specifieke eisen. 
3. Intuïtieve software en gebruiksvriendelijke interface: Eppendorf begrijpt het belang van gebruikerservaring en heeft een gebruiksvriendelijke software-interface ontwikkeld voor de EpMotion vloeistofbehandelaar. De intuïtieve software maakt eenvoudige programmering van pipetteerprotocollen, monstertracering en gegevensbeheer mogelijk. De grafische gebruikersinterface (GUI) biedt stapsgewijze begeleiding, waardoor het voor ervaren onderzoekers en nieuwkomers eenvoudig is om het systeem efficiënt te bedienen. Bovendien kan de software naadloos worden geïntegreerd met beheersystemen voor laboratoriuminformatie (LIMS) voor gestroomlijnde gegevensoverdracht en analyse.
4. Veelzijdigheid in verschillende toepassingen: De Eppendorf EpMotion vloeistofhandler is geschikt voor diverse toepassingen, waaronder genomics, proteomics, drug discovery, assay ontwikkeling en meer. Zijn flexibele pipetteermogelijkheden maken precieze manipulatie mogelijk van verschillende monstertypes, volumes en formaten, waaronder microtiterplaten, buisjes en reservoirs. Of u nu PCR setup, nucleïnezuurzuivering, seriële verdunningen, monsteroverdrachten of NGS library prep moet uitvoeren, het EpMotion systeem kan uw workflow stroomlijnen en kostbare tijd besparen.
5. Eppendorf kwaliteit en ondersteuning: Eppendorf staat bekend om zijn toewijding aan kwaliteit en klantenondersteuning. De EpMotion vloeistofbehandelaar is gebouwd met materialen van hoge kwaliteit en ondergaat strenge testen om betrouwbaarheid en prestaties op lange termijn te garanderen. Eppendorf's wereldwijde netwerk van service- en ondersteuningsteams biedt tijdige assistentie, probleemoplossing en onderhoud, om de ononderbroken werking van uw vloeistofbehandelingssysteem te garanderen.

Deze voordelen en de robuuste geschiedenis van EpMotion in het lanceren en stimuleren van laboratoriumautomatisering hebben de life science industrie in staat gesteld om te blijven innoveren.

Gegevensbeheer op papier: Een probleem dat rijp is voor innovatie

We hebben technologie gebruikt om sequentiebepaling en vloeistofverwerking te verbeteren en te versnellen, maar andere dingen die we in laboratoria doen zijn nog steeds verouderd.

Ik sta nog steeds versteld als ik met onderzoekers en laboratoria werk aan het automatiseren van hun methoden, en de meeste laboratoriumleden zijn nog steeds sjouwen met enorme notitieboeken gevuld met hun protocollen, aantekeningen, resultaten, aanpassingen, enz. 

Hetzelfde proces werd gebruikt in 1950, toen Enders, Weller en Robbins het poliovirus kweekten op zoek naar een vaccin. Maar, zoals ik aan het begin van deze blog al zei, de hoeveelheid gegevens die laboratoriumwetenschappers genereren is geëxplodeerd! Hoe kan de biowetenschappelijke industrie verwachten dat te kunnen doen met alleen papier?

Het is tijd voor laboratoriumnotebooks van de volgende generatie

eLabNext is cruciaal in de volgende stap van onze vooruitgang in de wetenschappelijke industrie: Het biedt een digitaal platform Voor het volgen van uw monsters, het integreren met geautomatiseerde vloeistofverwerkers, het in kaart brengen en visualiseren van uw workflow, het beveiligen van uw gegevens, het beheren van uw inventaris en eenvoudige samenwerking. eLabNext heeft een manier om nuttige en bruikbare gegevens te organiseren en zo prioriteiten te stellen. 

Eppendorf en eLabNext bieden een end-to-end oplossing voor het moderne laboratorium: Monstertracering vanaf de monsterinceptie in koude opslagverwerking op uw EpMotionen verder. 

En nu AI nog meer zijn intrede doet in de biowetenschappen, is integratie met digitale platforms de volgende opwindende innovatie aan de horizon! Lees 10 uitvoerbare stappen voor het gebruik van AI in uw onderzoekslaboratorium voor meer informatie.