آینده تحقیقات علوم زیستی و آزمایشگاه‌های دیجیتال

 مهناز ریزان، دکتری علم اطلاعات و دانش شناسی: با پیشرفت سریع فناوری، آزمایشگاه‌ها با استفاده از روباتیک،خودکارسازی و هوش مصنوعی دستخوش دگرگونی قابل توجهی می‌شوند. این نوآوری‌ها از ساده‌سازی وظایف معمولی تا تسریع در کشف دارو در حال تغییر شکل فرآیندهای تحقیقاتی هستند. این نوشتار پنج مزیت اصلی انتقال به آزمایشگاه دیجیتال را برشمرده و نشان می‌دهد که چگونه این تغییر کارایی، دقت و نوآوری را در تحقیق و توسعه علوم زیستی افزایش می‌دهد. و بررسی می کند که چرا استفاده از ابزارهای دیجیتال گامی حیاتی برای آزمایشگاه‌هایی است که هدف آنها رقابتی ماندن و کسب نتایج تأثیرگذار است.

آزمایش دیجیتال و خودکارسازی هوشمند

یک آزمایشگاه دیجیتال از حجم عظیم فناوری های جدید موجود برای جایگزینی فرآیندهای سنتی با فرآیندهای دیجیتالی، خودکار یا حتی مجازی بهره می برد. بطور کلی انواع فناوری های آزمایشگاهی را می توان به چهار حوزه تقسیم کرد:

آزمایش دیجیتال و کشف دارو

ابزارهایی مانند واقعیت مجازی و واقعیت افزوده و فناوری دوقلوی دیجیتال1، نحوه طراحی آزمایش‌ها را تغییر می‌دهند. محققان می توانند فرآیندهای بیولوژیکی را شبیه سازی کنند، فرضیه ها را آزمایش کنند و آزمایش ها را به صورت مجازی برنامه ریزی کنند و در زمان و منابع صرفه جویی کنند. هوش مصنوعی و ابزارهای یادگیری ماشین به شناسایی الگوها و تسریع اکتشافات کمک می کنند.

رباتیک، خودکارسازی و آزمایشگاه های هوشمند

رباتیک و خودکارسازی می توانند وظایف معمولی - مانند آماده سازی نمونه و لوله گذاری - را کارآمدتر و با خطاهای کمتر انجام دهند. اینترنت اشیا (IoT) با نظارت بی درنگ و بدون تاخیر از طریق دستگاه‌های پوشیدنی و حسگرهای زیستی بازخورد مداوم برای بهینه‌سازی آزمایش‌ها را ارائه دهد.

ذخیره سازی و امنیت مبتنی بر فضای ابری

فضای ابری ذخیره سازی و تجزیه و تحلیل امن داده ها را فراهم می کند. داده‌های ژنومی، تصویربرداری و نتایج از راه دور ذخیره می‌شوند و به محققان اجازه می‌دهند تا از هر جایی به آنها دسترسی داشته باشند. فناوری بلاک چین برای ایمن سازی داده های آزمایشی استفاده می شود و با ارائه چارچوبی امن برای به اشتراک گذاری داده ها، از همکاری شفاف پشتیبانی می کند.

بسترهای همکاری و ارتباط

اکنون محققان در سراسر جهان می توانند با استفاده از پلتفرم های مجازی که از اشتراک گذاری داده های بدون تاخیر و به موقع پشتیبانی می کنند، به طور یکپارچه با یکدیگر همکاری کنند. ابزارهایی مانند ویدئو کنفرانس و پیام‌رسان ها کار تیمی فرامرزی را آسان‌تر از همیشه می‌کنند.

5 روشی که ابزارهای دیجیتال علوم زیستی را متحول می کنند

مزایای استفاده از ابزارهای تبدیل دیجیتالی که در بالا به آنها اشاره شد، بی‌شمار است، اما در اینجا پنج مزیت کلیدی برای آزمایشگاه‌های تحقیق و توسعه علوم زیستی وجود دارد:

1- هدایت هوش رقابتی: مطالعه اخیر پایگاه اطلاعاتی فور رستر2 نشان داد که 69٪ از سازمان های تحقیق و توسعه معتقدند اگر آزمایشگاه های آنها از تحول دیجیتال استفاده کامل نکنند، مزیت رقابتی خود را از دست خواهند داد. آزمایشگاه‌های دیجیتال می توانند با فعال سازی بینش‌ خود براساس داده ها، برتری پیدا می‌کنند. کاهش یکنواختی با اتوماسیون آزمایشگاه می تواند علاوه بر رفع یکنواختی در انجام امور رایج آزمایشگاه‌ها ، وقت کارکنان را برای تمرکز در بخش های اولویت دار آزاد کند. اینترنت اشیا با فراهم کردن دسترسی به داده های بلادرنگ این امکان را به آزمایشگاه‌ها می دهد تا بتوانند با بهینه سازی آزمایش ها سرعت پاسخ دهی را افزایش دهند.

2 - صرفه‌جویی در زمان و بهبود یکپارچگی داده‌ها در آزمایشگاه‌ها: در صنایع زیادی ورود دستی داده‌ها همواره با خطای انسانی همراه است. اطمینان از رعایت یکپارچگی داده ها ، خودکارسازی و گردش‌کاری دیجیتال به طور قابل‌توجهی از خطای انسانی می‌کاهد. سیستم‌های رباتیک می‌توانند فرآیندهای آزمایشگاهی را سرعت بخشند و عملکرد آزمایشگاه‌ها را کارآمدتر و به تکمیل سریع تر نتایج آزمایش‌ها کمک کنند.

3 - مقیاس بندی مدیریت داده ها در آزمایشگاه های دیجیتال: با توجه به رشد تکنیک هایی مانند تجزیه و تحلیل چند اُمکیس3، حجم داده ها در علوم زیستی به طور تصاعدی در حال رشد است که مدیریت آن بدون ارتقاء قابل توجه زیرساخت های فیزیکی دشوار است. شرکت مشاور علوم زیستی USDM یکی از شرکت های فعال در حوزه آزمایشگاه های دیجیتال است و فعالیتهای آن نشان میدهد که چگونه آزمایشگاه‌های دیجیتال برای مدیریت مجموعه داده‌های بزرگ از طریق پلتفرم‌های ابری پیشرفته و الگوریتم‌های هوش مصنوعی که امکان پاکسازی، پردازش، ذخیره و تجزیه و تحلیل داده‌ها را فراهم می سازند، می توانند تجهیز شوند. این زیرساخت‌های دیجیتالی به آزمایشگاه‌ها اجازه می‌دهند تا در حین رشد به راحتی داده های بزرگ را اندازه گیری نمایند.

4 - بهبود کارایی با راه‌حل‌های تقویت‌شده هوش مصنوعی: ابزارهای مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی با فعال کردن و تسریع تجزیه و تحلیل داده‌های پیچیده، کارایی آزمایشگاه را افزایش می‌دهند. هوش مصنوعی در آزمایشگاه‌ها می‌تواند پیش‌بینی کند که کدام دارو برای کدام گروه از بیماران مؤثر است و استفاده کنندگان احتمالی دارو را شناسایی کند. کشف داروی سریع و هدفمند علاوه بر افزایش بهره وری آزمایشگاه‌ها موجب سرعت در تولید محصولات بیشتر و ارزانتر گردد.

5 - تقویت همکاری بین‌المللی با پلتفرم‌های آزمایشگاه دیجیتال: محیط‌های مجازی مشارکتی همانطور که مایر و همکاران4 توصیف کرده‌اند، محققان را قادر می‌سازد تا با امکان اشتراک‌گذاری بدون وقفه و بی‌درنگ داده‌ها و آزمایش‌های مجازی، در سطح بین‌المللی همکاری کنند. واقعیت افزوده و واقعیت مجازی یک محیط همه جانبه بدون توجه به موقعیت جهانی ایجاد می کنند. این فناوری‌ها محیط تحقیقاتی فراگیرتر و متنوع‌تری را امکان‌پذیر می‌سازد و نوآوری را به روش‌هایی که قبلا غیرممکن بود، هدایت می‌کند.

چرا آزمایشگاه های دیجیتال آینده تحقیقات علوم زیستی هستند؟

انتقال به یک آزمایشگاه دیجیتال می تواند تفاوت بزرگی برای تیم های تحقیق و توسعه علوم زیستی ایجاد کند. از سرعت بخشیدن به کشف دارو با هوش مصنوعی گرفته تا بهبود دقت داده ها و تسهیل مدیریت حجم زیادی از داده ها، از مزایای آشکار آن است. آزمایشگاه‌های دیجیتال همچنین همکاری در سراسر جهان را بسیار آسان‌تر می‌کنند و به محققان کمک می‌کنند بدون تاخیر و بلادرنگ با یکدیگر همکاری کنند. استفاده از این ابزارها فقط کارایی را افزایش نمی‌دهد، بلکه به آزمایشگاه‌ها کمک می‌کند از منحنی رشد جلوتر باشند و به پیشرفت‌های بزرگ‌تری دست یابند. آینده دنیا دیجیتالی است و آزمایشگاه‌هایی که خود را با دنیای دیجیتالی تطبیق دهند موقعیت بهتری برای پیشروی در این مسیر خواهند داشت.

منبع:

Hoving , Saskia (2024). Top 5 benefits of digital labs in life sciences R&D. Nov 19.

https://www.springernature.com/gp/librarians/the-link/rd-blogpost/digital-labs-benefits-life-sciences/27705518

1 digital twin technology

2 Forrester

3 Multi Omics

4  Mayer et al