Этот метод будет использоваться в методе записи, известном как фиксация участка, в котором крошечная заполненная жидкостью стеклянная пипетка соединяется с отдельными нейронами. Поскольку три десятилетия назад был изобретен патч-зажим, этот метод требовал смены пипеток между записями – ручной процесс, который замедляет исследования.
Теперь роботизированная методика очистки, разработанная исследователями из Технологического института Джорджии, позволяет повторно использовать пипетки для 11 записей – и, возможно, даже больше – что позволяет сделать запись более автоматизированной.
«Это шаг к революции в робототехнике в нейробиологии», – сказал Крейг Форест, доцент Джорджа У. Школа машиностроения Вудраффа. "Мы хотим иметь возможность помещать образцы в нашу машину и уходить, пока она регистрирует 50 или даже 100 нейронов. Это может позволить нейробиологии автоматизировать исследования, которые мы наблюдали в других областях, таких как молекулярная биология, значительно расширив нашу способность прислушиваться к сигналам мозга."
Исследование, проведенное при поддержке Национального института здоровья и Института исследований мозга Аллена, было опубликовано 11 октября в журнале Scientific Reports. Основываясь на своей технике очистки и более ранних инновациях, автоматизирующих процесс подключения пипеток к клеткам, исследователи из Технологического института Джорджии продемонстрировали то, что считается первым роботом, выполняющим последовательную запись с помощью патч-зажима в культуре клеток, срезах мозга и в живых организмах. мозг – без человека-оператора.
Робот-фиксатор патчей, известный как «patcherBot», имеет собственную учетную запись в Твиттере, чтобы автоматически сообщать о каждой записываемой им ячейке. "Это первый робот социальной неврологии", – сказал Форест.
Фиксация участка – золотой стандарт для стимуляции и записи сигналов от нейронов и других клеток. Он включает в себя прикосновение стеклянной пипетки с кончиком диаметром всего один микрон к клеточной мембране, создавая плотное уплотнение, обеспечивающее прямое электрическое соединение с внутренними частями клетки.
Работа чрезвычайно кропотливая и требует много времени, хотя недавняя роботизированная технология под названием Autopatcher, также разработанная в лаборатории Фореста, позволила автоматизировать части процесса.
Поскольку клеточный мусор может препятствовать плотному соединению с клетками, исследователям приходилось заменять пипетки новыми для каждой записи. Но, проводя патч-зажим, аспирант Илья Колб начал подвергать сомнению расхожее мнение о том, что пипетки нельзя использовать более одного раза.
Он знал о моющих средствах, используемых для очистки лабораторной посуды, и принялся за работу, оценивая, можно ли использовать эти средства в процессе роботизированной очистки.
«Если бы вы могли очищать пипетку автоматически после каждой записи, вы могли бы просто сказать Autopatcher возвращаться к ячейкам снова и снова», – объяснил Форест. "Тебе даже не пришлось бы больше находиться в комнате. Вы можете настроить это перед тем, как покинуть лабораторию в течение дня, и когда вы вернетесь на следующее утро, вы записали бы 50 или 100 ячеек."
Колб протестировал восемь чистящих растворов и нашел один – Alconox, который успешно удалил мусор.
Он перепрограммировал программное обеспечение, работающее с Autopatcher, чтобы добавить шаги очистки и полоскания между каждой записью. Новый робот погружает пипетку в раствор моющего средства, расположенный в лунке рядом с образцом, создает поток жидкости в пипетку и обратно, затем перемещает пипетку для промывания в отдельной лунке.
Весь процесс очистки занимает около минуты, что быстрее или даже быстрее, чем у обученного человека-оператора.
Исследователи сравнили качество записей, сделанных очищенными пипетками, с записями, сделанными с помощью новых.
«Когда мы накладываем новую пипетку и когда мы исправляем пипетку, которую использовали и очищали 11 раз, результаты в основном неотличимы», – сказал Колб. «Мы действительно видим некоторое ухудшение после 14 или более попыток, но мы надеемся, что с улучшением техники мы сможем повторно использовать пипетки до 50 или 100 раз."
Работая с исследователями из Университета Эмори, этот метод был протестирован, чтобы определить, может ли оставшийся остаток детергента повлиять на живые клетки.
Результаты тестирования, дополненные масс-спектроскопическими исследованиями пипеточной жидкости, не выявили отрицательных последствий.
Технологический институт Джорджии подал заявку на патентную защиту на новую роботизированную технику, которая позволяет техническим специалистам просто выбирать клетки для регистрации с помощью микроскопа, а затем позволить машине работать.
Исследователи надеются, что этот метод может быть коммерциализирован для использования не только в тысячах лабораторий, которые в настоящее время используют фиксацию заплат, но и для более широкого расширения автоматизированных приложений для фармацевтических испытаний и других исследований.
«Если мы сможем внедрить эту технологию в единицу оборудования и получить все интеллектуальные возможности, предоставляемые программным обеспечением, это действительно могло бы демократизировать эту область исследований», – сказал Форест. "Вот куда мы направляемся в создании инструментов, которые сделают возможной новую науку."