Drosophila melanogaster, besser bekannt als Fruchtfliege, mag wie ein ganz gewöhnlicher Schädling erscheinen. Diese Insekten sind jedoch für die laufende Forschung zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen am Texas Children's Hospital von entscheidender Bedeutung.
Fruchtfliegen sind für diese Forschung so wichtig, weil sie 75 % der Gene haben, die Krankheiten beim Menschen verursachen, sich schnell vermehren und Wissenschaftler ihren DNA-Code leicht verändern können, so UC Davis. Der Umgang mit diesen Fruchtfliegen im Labor kann jedoch ein heikles Unterfangen sein.
ABB Robotics und das Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI) am Texas Children's Hospital haben eine automatisierte Arbeitsstation zum Transfer von Fruchtfliegen entwickelt. Das System verfügt über den zweiarmigen kollaborativen Roboter YuMi von ABB, der die Erforschung von Krankheiten wie Alzheimer, Huntington und Parkinson unterstützen soll.
Das Unternehmen sagte, dies sei das erste automatisierte System, bei dem die Fliegen vor dem Transfer nicht mit Anästhetika wie Kohlendioxid ruhiggestellt werden müssen. Bei früheren Systemen ist die Anästhesie ein langwieriger Schritt, der das Verhalten der Fliegen und die Genauigkeit der Studienergebnisse beeinträchtigen kann.
„Wir haben im Laufe der Jahre bedeutende Fortschritte bei der Laborautomatisierung erlebt, dennoch werden einige wichtige Aufgaben immer noch manuell ausgeführt, was sich auf die Ergebnisse auswirken kann“, erklärte Jose-Manuel Collados, Manager der ABB-Produktlinie Servicerobotik. „Die Arme unseres YuMi-Cobots arbeiten unabhängig, aber koordiniert, wodurch die komplexe Aufgabe des Transfers lebender Fliegen zwischen Fläschchen automatisiert werden kann.“
Das Übertragen von Fruchtfliegen zwischen Fläschchen ist eine knifflige Aufgabe
Im Rahmen der routinemäßigen Wartung füttern die Forscher des Texas Children's Hospital Fruchtfliegen, indem sie sie alle 30 Tage in Fläschchen mit Futter umfüllen. Ein typisches Labor hat etwa 20.000 Fläschchen vorrätig, was bedeutet, dass die Forscher 20 % eines Arbeitstages damit verbringen, „Fliegen zu drehen“, indem sie ein Fläschchen mit dem Fliegenbestand über ein Fläschchen mit frischem Futter halten und dann darauf klopfen, damit die Fliegen fallen.
Bei allen bisherigen Versuchen, den Prozess zu automatisieren, waren die Fliegen während des Transfers außerhalb der Fläschchen ausgesetzt, was eine Sedierung erforderlich machte, so ABB. Das neue System könne zudem die Genauigkeit der Ergebnisse verbessern und den Transferprozess beschleunigen, so ABB Robotics.
Ingenieure von ABB haben gemeinsam mit Forschern am Duncan NRI eine Arbeitsstation für den Fly-Transfer entworfen und gebaut, die den YuMi-Cobot, einen Tisch voller zu übertragender Fläschchen, eine Einheit zur Strichcode- und Etikettierung sowie einen Abfallschacht umfasst.
Der YuMi-Cobot von ABB führt dieselben Bewegungen aus wie menschliche Forscher, um die Fliegen zwischen den Fläschchen zu bewegen. So können sich die Wissenschaftler auf unternehmenskritische Aufgaben konzentrieren, wie etwa die Entdeckung neuer Wege und die Prüfung der Wirksamkeit neuer Medikamente bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen.
YuMi ermöglicht genaues Tracking im Texas Children's Hospital
Der YuMi übernimmt den gesamten Vorgang des Umdrehens der Fruchtfliegen, bei dem zehn vorprogrammierte Schritte in schneller Folge ausgeführt werden. Genau wie Menschen nimmt der Roboter ein Fläschchen mit lebenden Fliegen auf, öffnet den Schutzstopfen aus Zelluloseacetat, platziert das Fläschchen über einem Fläschchen mit frischem Futter und klopft auf das Fläschchen, um die Fliegen umzudrehen.
Anschließend verschließt, etikettiert und scannt er das Fläschchen und stapelt es schließlich in Kartongestelle. Anschließend entsorgt der Roboter die Fläschchen mit alten Lebensmitteln, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden.
Ein herausragendes Merkmal des Systems ist laut ABB die Fähigkeit, Barcodes zu lesen und Etiketten zu drucken. Forscher verwenden diese Etiketten, um während der Übertragung Stamm- und Genotypinformationen zu identifizieren. Diese Funktion gewährleistet eine sorgfältige Verfolgung und Verwaltung der Drosophila-Stämme.
Die fortschrittlichen Sensortechnologien des Roboters ermöglichen die präzise Platzierung der Fläschchen in standardmäßigen Pappgestellen. Dadurch haben die Forscher die Möglichkeit, vorhandene Fläschchengestelle weiter zu verwenden und so die Betriebskosten des Texas Children's Hospital zu senken.
ABB erklärte, dass das System so konstruiert wurde, dass es kooperativ und sicher für die menschliche Interaktion ist. Seine bewegungsempfindlichen Arme sind so ausgestattet, dass sie in der Nähe befindliche Menschen oder Objekte erkennen und die Bewegung sofort stoppen, um Unfälle zu verhindern. So wird ein sicherer kollaborativer Arbeitsbereich ermöglicht.