Automatizar o seu laboratório
Compreender por que razão necessita de automatização para o seu laboratório e como irá implementar e manter o sistema é fundamental para um projeto de automatização bem sucedido. Reunimos em’as questões mais importantes que deve colocar a si próprio enquanto planeia e prepara a construção de um sistema automatizado no seu laboratório.
Introdução a um projeto de automatização de laboratório
Ao explorar a introdução de sistemas automatizados no seu laboratório, certifique-se primeiro de que considerou estes três aspectos do seu projeto:
- Estabelecer objectivos do projeto. Defina os resultados específicos desejados e os benefícios do seu projeto de automatização planeado.
- Asua aplicação e objectivos devem ditar a robótica e a automação. Embora possa estar mais familiarizado com as técnicas de biologia molecular, pode estar menos consciente das capacidades dos robots. Se consegue executar manualmente um fluxo de trabalho com pipetas, colunas de filtragem, centrifugadoras, aquecedores/arrefecedores e agitadores, então também pode automatizar o fluxo de trabalho com manipuladores de líquidos convencionais. Se não for possível automatizar com equipamento convencional, os objectivos do seu projeto podem orientar as suas decisões sobre os custos do projeto versus o retorno do investimento.
- Equilibre o custo com o retorno do investimento. Qualquer fluxo de trabalho pode ser automatizado, mas o desenvolvimento de robótica personalizada ou de sistemas de automatização será dispendioso e demorado. Se o retorno do investimento não puder ser justificado, esteja preparado para ajustar os seus requisitos e expectativas à medida que avalia os custos e as limitações do seu projeto.
Para o ajudar a navegar por estes factores, reunimos oito questões-chave a colocar a si próprio quando iniciar o seu projeto de automatização de laboratório.
Perguntas para iniciar um projeto de automatização
Porque é que preciso de automatização?
Antes de iniciar este projeto, defina onde quer chegar. Está a tentar aumentar as suas instalações ou a sua atividade principal? Pretende que o seu laboratório esteja equipado para lidar com o aumento da procura? Precisa de automatizar o processamento de muitos tipos de amostras e protocolos diferentes ou apenas de um?
Se não souberes para onde vais, qualquer caminho te levará lá.
Lewis Carrol
Definir claramente o que precisa do seu sistema automatizado não só fará com que o projeto decorra mais facilmente, como também garantirá que obtém o que precisa.
Uma organização pretendia um sistema automatizado de extração de ADN para sequenciação de nova geração a jusante. Precisavam de dois instrumentos para redundância operacional, pelo que procuraram poupar custos através da maximização da eficiência e da utilização do espaço na plataforma. Decidiram comprar dois manipuladores de líquidos com a menor capacidade possível para atingir o seu objetivo de processamento de amostras. Nenhuma posição ficou vazia e o rendimento por execução não pôde ser expandido.
Depois de a organização ter adquirido os instrumentos e de um Cientista de Apoio no Terreno ter criado os guiões e assegurado o bom funcionamento do fluxo de trabalho, a organização apercebeu-se de que o seu objetivo original não era suficientemente específico: precisavam de extrair ADN e ARN de cada amostra.
Para fazer essa mudança, a organização teve que fazer sérios compromissos. Mudar para uma nova química e eluir o ADN e o ARN em poços separados exigia uma química diferente e um espaço substancialmente maior no convés. Consequentemente, o seu rendimento foi reduzido em mais de metade e foram necessárias intervenções manuais. O investimento inicial não satisfez as suas necessidades porque não identificaram corretamente os seus objectivos quando adquiriram os novos instrumentos.
Depois de definir um objetivo, é necessário identificar os problemas que se pretende resolver. A automatização pode permitir um maior rendimento, reduzir os erros, melhorar a consistência, encurtar os tempos de processamento, poupar custos e muito mais. No entanto, a utilização da automatização para racionalizar todos os seus processos pode estar para além do seu orçamento, por isso identifique e classifique as suas prioridades para apoiar uma melhor tomada de decisões.
Está a pensar no que pode ser alcançado com a automatização de laboratórios? A maioria dos fluxos de trabalho de rotina já foi automatizada anteriormente. Learn what's possible with support from our automation scientists.
Por exemplo, se o seu laboratório lida ou irá lidar com muitos tipos de amostras e protocolos diferentes, então a melhor opção para si poderá ser a aquisição de vários sistemas de menor débito para fluxos de trabalho específicos. Caso contrário, um sistema maior poderá ser a melhor escolha. Tente não subestimar as suas necessidades—. A aquisição de uma plataforma maior é normalmente menos dispendiosa do que a aquisição de instrumentos adicionais para além da redundância necessária.
Compreender porque é que precisa de automatizar também o ajudará a obter o melhor retorno do investimento. Por exemplo, poderá necessitar de 6–10 pessoas para executar um método semi-automatizado em instrumentos de bancada de baixo débito, enquanto que uma equipa de 1–2 pessoas pode executar milhares de amostras por dia com uma configuração de maior débito.
Porquê levar a extração automatizada de ácido nucleico para o seu laboratório?
Que processos precisa de automatizar?
Com um objetivo definido e uma lista de prioridades, deve identificar os protocolos específicos e os passos associados que precisa de automatizar. Pesquisar se o seu fluxo de trabalho manual foi automatizado pode ser útil: peça aos fabricantes de kits ou aos fornecedores de robótica notas de aplicação e mais informações.
O primeiro passo é mapear cada passo do fluxo de trabalho pretendido. Anote também quais as etapas do fluxo de trabalho que serão mais afectadas pela automatização e quais as etapas que resolverão problemas específicos. As suas necessidades e aplicações a jusante influenciarão fortemente o fluxo de trabalho específico. Compreender os seus tipos de amostras, processos e necessidades a jusante é fundamental e ajudá-lo-á a comunicar melhor os seus requisitos específicos e a obter todos os benefícios do seu investimento na automatização.
Os passos envolvidos na extração automatizada de ARN de amostras de sangue dependerão da aplicação pretendida. Por exemplo, considere a forma como um protocolo de automatização se altera com base no facto de os ácidos nucleicos eluídos de amostras de sangue se destinarem a sequenciação de ARNm ou a medições de RT-qPCR. A extração de ARN do sangue para sequenciação de ARNm beneficia de volumes de amostra elevados (aproximadamente 2,5 ml), bem como da lise e depleção de glóbulos vermelhos, uma vez que o ARNm da globina pode consumir leituras dispendiosas. No entanto, os volumes de amostra elevados exigiriam provavelmente uma centrifugadora on-deck dispendiosa ou intervenções manuais. Por outro lado, as experiências RT-qPCR a jusante podem necessitar de menos material do que as aplicações de sequenciação de mRNA, o que lhe permitiria reduzir os volumes processados no fluxo de trabalho de extração automatizada e, potencialmente, processar a amostra sem um passo de lise dos glóbulos vermelhos. Os volumes de amostra mais baixos podem, em geral, aumentar o rendimento, diminuir os custos e simplificar o fluxo de trabalho.
Considere como um protocolo automatizado de ácido nucleico pode mudar para um biobanco em comparação com uma empresa de genómica ou de diagnóstico. Para um biobanco, maximizar o rendimento do ácido nucleico é importante, enquanto os tempos e custos de processamento podem ser menos importantes. Uma empresa de genómica ou de diagnóstico de consumo, pelo contrário, quererá provavelmente reduzir os custos, processando apenas ácido nucleico suficiente para duas análises (um teste inicial e uma cópia de segurança). Os fluxos de trabalho serão muito diferentes.
Ao mapear o seu fluxo de trabalho automatizado, pode identificar os passos específicos e o equipamento necessário para atingir esse fluxo de trabalho. Eis alguns processos específicos que poderá ter de automatizar.
- Gestão de identificação de amostras, como códigos de barras e rastreio.
- Preparação de amostras.
- Quantificação de analitos com instrumentos como espectrofotómetros, fluorómetros ou luminómetros.
- Normalização de amostras.
- Configuração de ensaios, incluindo preparação de bibliotecas ou rastreio de fármacos.
Pode encontrar frequentemente protocolos de automatização que utilizam tipos de amostras ou ensaios relevantes para o seu próprio projeto e que o ajudarão a identificar os processos que precisa de automatizar. Ao fazer esta pesquisa de base, pode saber o que esperar em termos de rendimento, passos necessários, tempo de processamento e muito mais. Embora qualquer passo individual nestes protocolos exija um período de tempo mínimo numa plataforma automatizada, muitas vezes são bem dimensionados através de processos paralelos em plataformas maiores ou através da execução de vários instrumentos em simultâneo.
Ao considerar as especificidades do seu fluxo de trabalho proposto, tenha em conta o orçamento, se tem robótica que possa adaptar e se alguns passos podem aceitar intervenções manuais.
Deve também definir o excesso de capacidade de que necessita do seu sistema automatizado. Isto ajudá-lo-á a planear o tamanho e o tipo de sistema automatizado de que necessita.
Os requisitos do seu projeto podem e (e por vezes devem) mudar à medida que obtém novas informações, por isso certifique-se de que dá prioridade aos seus critérios. Num exemplo, uma organização solicitou uma solução para extração de ácido nucleico de elevado rendimento a partir de 10-40 ml de líquido por amostra e pretendia que o seu fluxo de trabalho fosse completamente automatizado. No entanto, o processamento automático de volumes de amostra tão grandes teria aumentado o custo dos consumíveis e do sistema de automatização, aumentando o custo por amostra para além do que a organização podia pagar. O tratamento de volumes tão grandes teria exigido um desenvolvimento personalizado dispendioso e o rendimento por instrumento teria sido baixo, exigindo instrumentos adicionais para satisfazer as suas expectativas de rendimento.
No entanto, ao reconsiderar o método e os requisitos, o projeto poderia tornar-se financeiramente viável e continuar a satisfazer as suas necessidades. Por exemplo, o primeiro passo, o processamento de amostras, poderia ser efectuado manualmente ou pseudo-manualmente para reduzir os custos de automatização. Em alternativa, a organização poderia concentrar as amostras para reduzir o volume antes da extração de ácidos nucleicos, embora tivesse de confirmar que ainda poderia detetar com sensibilidade os seus analitos. Por fim, poderiam também determinar se conseguem obter as aplicações a jusante pretendidas com volumes mais baixos.
Ao conceber as especificidades do seu fluxo de trabalho, é importante consultar especialistas em automatização. Sem estar totalmente ciente das tecnologias de automatização disponíveis, é fácil sentir-se limitado pelo seu orçamento e requisitos. No entanto, a maioria dos fluxos de trabalho de automatização básicos pode ser realizada com sistemas de robótica padrão sem peças personalizadas. Se conseguir comunicar claramente os seus objectivos exactos, os especialistas técnicos podem ajudá-lo a identificar a forma de os atingir.
As plataformas de manuseamento de líquidos da Tecan, Hamilton, Beckman e outras são complexas de configurar e programar, mas oferecem a maior flexibilidade. Estes sistemas são excelentes a movimentar volumes inferiores a 1 ml e são especialmente bons a dispensar rapidamente volumes baixos para aplicações como a configuração de PCR e a preparação de bibliotecas. Podem ser adaptados para manusear volumes maiores, mas isso irá frequentemente diminuir a velocidade de processamento e reduzir o rendimento.
Para a extração de ácidos nucleicos, os agitadores de partículas magnéticas são frequentemente mais fáceis de utilizar, mas são também menos flexíveis. Por exemplo, os sistemas Kingfisher da ThermoFisher’s são muito fáceis de utilizar e automatizar, mas estes instrumentos só podem mover partículas magnéticas e misturar amostras. Outros processos, como a gestão de amostras, a distribuição de reagentes e a preparação de ensaios, têm de ser efectuados manualmente ou com outra plataforma automatizada integrada. As suas necessidades determinarão se isto é suficiente para o seu laboratório. Em alternativa, o instrumento Maxwell’® RSC 48 da Promega utiliza a tecnologia de movimentação de partículas magnéticas com um formato baseado em cartuchos prontos a usar para processar 1–48 amostras por execução. Learn more about the Maxwell® RSC 48.
Quais são os seus requisitos de qualidade?
À medida que desenvolve o seu fluxo de trabalho automatizado, terá de testar o seu desempenho e resolver problemas. A tabela seguinte lista as variáveis que podem afetar ou definir a qualidade da amostra para vários tipos de aplicações. Defina quais são as suas necessidades de qualidade para que as possa comunicar a um fornecedor de instrumentos e de kits de reagentes.
| Extração de Ácidos Nucleicos | Viabilidade celular & Ensaios de citotoxicidade | Ensaios de alteração celular | |
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Qual é o prazo do projeto?
Quando é que o seu projeto de automatização deve estar concluído? A resposta determinará se pode dedicar algum tempo a desenvolver o fluxo de trabalho por si próprio ou se deve pagar a um especialista em automatização externo para apoiar o desenvolvimento do seu método. Embora as empresas de robótica forneçam normalmente um pequeno grau de formação, terá normalmente de pagar a instalação e o desenvolvimento de novos métodos.
O desenvolvimento de métodos robóticos por si só pode consumir muito tempo e recursos.
Onde será executado o fluxo de trabalho automatizado?
A disposição do laboratório pode colocar algumas restrições ao seu sistema de autómatos. Terá de ter em consideração a planta do espaço, a capacidade eléctrica e a área de implantação do sistema.
- Qual o espaço necessário para o robot?
- Existem mesas ou bancadas que possam suportar o peso do robot?
- Existe energia eléctrica suficiente para suportar um instrumento? É possível instalar as tomadas correctas?
- O chão pode suportar o tamanho do instrumento? Alguns instrumentos podem ser muito grandes. Por exemplo, o sistema Roche Cobas 8800 pesa 2405 kg.
- O instrumento pode ser transportado para o local pretendido?
Quem irá operar e manter o fluxo de trabalho e os instrumentos?
Deverá identificar um cientista de laboratório que será o "dono" do processo automatizado como Líder de Automatização. Considere investir na formação de uma empresa de manuseamento de líquidos para este utilizador. Assim que tiver estabelecido este conhecimento institucional, modifique os seus PONs para manter este conhecimento, especialmente se fizer parte de uma pequena organização ou de um laboratório académico. A rotatividade pode dificultar a gestão da formação especial necessária para a automatização.
Como será implementada a automatização?
As pessoas que implementam novos fluxos de trabalho automatizados devem ter experiência em química e robótica e, idealmente, na aplicação. Por exemplo, uma equipa colaborativa composta por um membro do seu laboratório, um especialista em robótica e um especialista de apoio da sua química, robótica e, idealmente, da aplicação.
Ou pode associar-se aos nossos Cientistas de Apoio no Terreno, que têm décadas de experiência na automatização dos nossos kits químicos numa vasta gama de plataformas e escalas de produção. Nós’ajudamo-lo a personalizar a escala, a aplicação e a química exatamente de acordo com as suas necessidades, independentemente da plataforma.
Qual é o seu orçamento?
O preço de um instrumento de automação pode variar de menos de $10.000 para as plataformas mais simples a mais de $500.000 para as mais complexas. A personalização, a instalação, as garantias, as sessões de formação, os consumíveis e as taxas de suporte também podem aumentar o preço do seu projeto. Conhecer o seu orçamento pode ajudá-lo a selecionar um instrumento e a conceber um fluxo de trabalho automatizado que possa pagar.
Folha de cálculo para automatizar o seu laboratório
Planeie o seu projeto de automatização de laboratório com esta ficha de trabalho.