Volta Labs: Meningkatkan alur kerja untuk aplikasi genetik

  • Whatsapp


Biaya pengurutan DNA telah anjlok pada tingkat yang lebih cepat daripada Hukum Moore, membuka pasar besar di ruang pengurutan. Genomik untuk perawatan kanker saja diperkirakan akan mencapai $23 miliar pada tahun 2025, tetapi biaya persiapan sampel untuk pengurutan telah mengalami stagnasi, menyebabkan kemacetan yang signifikan di ruang angkasa.

Persiapan sampel konvensional, mengubah DNA dari sampel air liur, misalnya, menjadi sesuatu yang dapat diumpankan ke mesin pengurutan, bergantung pada robot penanganan cairan. Ini pada dasarnya adalah lengan mekanis yang dilengkapi dengan ujung pipet yang memindahkan sampel cair ke pelat plastik dan instrumen lain yang ditempatkan di dek. Sistem ini melibatkan beberapa transfer cairan yang mengarah pada pemanfaatan reagen dan sampel yang buruk, yang berarti lebih sedikit DNA yang diurutkan. Selain itu, mereka adalah sistem silo data terpisah yang kurang terintegrasi dan bergantung pada bahan habis pakai yang mahal.

Prinsip inti di balik inovasi spin-off MIT Volta Labs disebut electrowetting. Ini memungkinkan penggunanya untuk memanipulasi tetesan di sekitar papan sirkuit tercetak untuk melakukan reaksi biologis, mengotomatiskan pemrosesan dari sampel mentah ke perpustakaan yang disiapkan yang dapat dijalankan pada mesin pengurutan. Kredit gambar: Volta Labs.

Tidak seperti otomatisasi penanganan cairan tradisional, rangkaian solusi yang dikembangkan oleh spin-off MIT Media Lab, Volta Labs, menyediakan integrasi ujung ke ujung untuk berbagai alur kerja. Ini adalah alternatif ramping untuk mesin penanganan cairan yang mahal dan pemipetan manual. “Teknologi kami adalah perangkat benchtop skala kecil yang berbiaya rendah dan memiliki penggunaan konsumsi minimal, memungkinkan komposisi alur kerja biologis baru yang cepat dan fleksibel,” kata salah satu pendiri dan Kepala Teknik Volta Labs Will Langford SM ’14, PhD ’19.

Platform Volta didasarkan pada teknologi mikrofluida digital yang dikembangkan di MIT oleh salah satu pendiri Langford, CEO Volta Labs Udayan Umapathi SM ’17. Prinsip inti di balik inovasi ini disebut electrowetting. Ini memungkinkan penggunanya untuk memanipulasi tetesan di sekitar papan sirkuit tercetak untuk melakukan reaksi biologis, mengotomatisasi dari sampel mentah ke perpustakaan yang disiapkan yang dapat dijalankan pada mesin pengurutan.

Umapathi tiba di Media Lab dengan apa yang dia gambarkan sebagai “daya tarik untuk membangun otomatisasi dari bawah ke atas.” Meskipun dilatih sebagai seorang insinyur, Umapathi telah menerapkan keahliannya ke berbagai bidang. Pada 2015, ia mendirikan startup yang menciptakan web dan alat fisik untuk memungkinkan pembuatan konten untuk manufaktur digital. Namun, saat bekerja untuk sebuah perusahaan biologi sintetik, sistem penanganan cairan untuk solusi rekayasa genom, dia mengidentifikasi peningkatan otomatisasi sebagai titik kesulitan untuk bidang tersebut.

Sementara itu, Langford menghabiskan hari-harinya di MIT di Center for Bits and Atoms, sebuah program interdisipliner yang mengeksplorasi batas antara ilmu komputer dan ilmu fisika. Penelitiannya berpusat pada gagasan bahwa teknik dapat belajar dari biologi. Dengan kata lain, semua kehidupan tersusun dari 20 asam amino, jadi, pikir Langford, mengapa tidak mencoba sesuatu yang mirip dengan rekayasa?

Dalam praktiknya, ini berarti dia membangun robot terintegrasi dari satu set kecil bagian skala milimeter. “Pada akhirnya, saya mencoba membuat teknik lebih seperti biologi,” kenangnya. “Saya melihat Volta sebagai peluang untuk membalikkannya dan menggunakan otomatisasi untuk memperlakukan biologi lebih seperti teknik. Kami ingin memberi para ahli biologi alat untuk memanipulasi cairan dan reaksi biologis dengan perincian yang lebih baik dan dengan fleksibilitas digital yang lebih banyak.”

Sementara platform otomatisasi Volta menyederhanakan persiapan sampel dengan mengintegrasikan alur kerja yang rumit, platform ini juga menurunkan biaya di ruang dengan konstruksi konsumsi baru. Antara papan sirkuit dan papan sampel adalah lapisan habis pakai, yang dilepas dan diganti setelah setiap kali dijalankan. Bahan habis pakai konvensional mahal, plastik berkode konduktif atau struktur mikofluida besar. Volta, bagaimanapun, menggunakan film plastik sederhana untuk mengurangi biaya bahan habis pakai, yang membuka pintu untuk adopsi sekuensing gen secara luas.

Semua ini menunjukkan model yang lebih efisien dan inklusif dalam ruang pengurutan gen. Berkat Volta, segera, tidak hanya perusahaan bioteknologi besar yang memiliki kemampuan untuk berinvestasi dalam otomatisasi. Laboratorium akademik, fasilitas inti, dan perusahaan biotek kecil hingga menengah tidak perlu khawatir apakah mereka mampu membeli robot mekanik yang mahal. “Hal yang menggairahkan saya adalah kami menyediakan perusahaan biotek tahap awal dan menengah ke bawah dengan alat canggih yang memungkinkan mereka bersaing dengan pemain yang lebih besar, yang baik untuk industri secara keseluruhan,” kata Umapathi.

Dan faktanya adalah bahwa mesin otomatisasi tradisional yang digunakan dalam ruang bioteknologi datang dengan serangkaian masalah mereka sendiri. Mereka rawan kesalahan dan Anda tidak dapat mengukurnya. Pertimbangkan sequencer NovaSeq Illumina. Ini mampu mengurutkan 48 genom manusia secara keseluruhan dalam waktu kurang dari dua hari — itu berarti 20 miliar pembacaan unik — tetapi saat ini tidak ada otomatisasi untuk memberi makan mesin-mesin itu dalam skala besar. “Untuk menjalankan mesin tersebut hari demi hari, biayanya tidak masuk akal, itulah sebabnya kami harus mengatasi biaya pengurutan dan persiapan sampel,” kata Umapathi.

Sistem Volta dibangun di atas elektronik solid-state, dan startup yang berbasis di Boston ini ingin memanfaatkan skalabilitas industri fabrikasi semikonduktor dan industri manufaktur PCB. “Tujuannya,” jelas Langford, “adalah untuk memungkinkan ahli biologi membuat eksperimen dan memodifikasinya dengan cepat, mengulanginya, dan menghasilkan data yang diperlukan untuk melihat biologi dalam skala besar.”

Di luar hambatan persiapan sampel, pada akhirnya, pekerjaan Umapathi dan Langfordwork akan berdampak pada berbagai aplikasi dalam industri biologi sintetik dan industri biofarma. Diagnostik akan diubah, menurut Umapathi. “Kami dapat membantu industri biologi dengan mengurangi penggunaan ujung pipet sebanyak 20 atau 50 kali lipat. Dalam alur kerja tertentu, kita hampir dapat menghilangkan hambatan ini dalam rantai pasokan,” katanya.

Untuk mencapai semua ini, untuk benar-benar berinovasi dalam bidang yang kompleks seperti biologi, Umapathi dan Langford bersikeras bahwa perspektif sistem multidisiplin sangat penting. Itulah yang menginformasikan pendekatan Volta untuk pengurutan genom pada khususnya, dan biologi secara keseluruhan. “Volta adalah jenis perusahaan bioteknologi baru,” kata Umapathi. “Tidak dapat dihindari bahwa lebih banyak insinyur dan pemikir sistem dan mereka yang ingin membangun alat untuk merekayasa biologi dengan lebih baik akan bergabung dengan perusahaan seperti kami atau memulai perusahaan mereka sendiri.”

Mengubah biologi menjadi prinsip teknik bukanlah hal yang mudah, tetapi menurut Umapathi dan Langford, itu adalah suatu keharusan.

Ditulis oleh Daniel de Wolff

Sumber: Institut Teknologi Massachusetts




Pos terkait

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Situs ini menggunakan Akismet untuk mengurangi spam. Pelajari bagaimana data komentar Anda diproses.