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Un robot dotato di intelligenza artificiale accelera la ricerca medica

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I ricercatori del RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research in Giappone hanno sviluppato un sistema robotico dotato di intelligenza artificiale in grado di eseguire esperimenti di laboratorio nel campo della medicina rigenerativa, di imparare dai risultati e di eseguire cicli iterativi di sperimentazione per raggiungere un determinato obiettivo.

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In una prova di principio, i ricercatori hanno affidato al robot il compito di ottimizzare le condizioni di coltura cellulare per creare un numero massimo di cellule dell'epitelio pigmentato retinico (RPE). Il robot ha migliorato la percentuale di cellule staminali in coltura che si differenziavano in cellule RPE dal 50% a circa il 90% in sei mesi di sperimentazione, e i ricercatori stimano che l'uomo avrebbe impiegato circa 2,5 anni per ottenere lo stesso risultato. Questa tecnologia potrebbe indicare la direzione che probabilmente prenderà la ricerca medica di laboratorio nei prossimi anni, in cui i robot completeranno il faticoso lavoro sperimentale.

La ricerca medica è estremamente impegnativa e può essere incredibilmente noiosa. I sistemi biologici, come le colture cellulari, sono spesso imprevedibili e sensibili a piccoli cambiamenti nel loro ambiente. Una piccola deviazione può alterare completamente il risultato di un esperimento, causando spesso frustrazione e confusione nel personale di laboratorio.

Prendiamo ad esempio la medicina rigenerativa, in cui i ricercatori cercano di indirizzare le colture di cellule staminali a differenziarsi in tipi di cellule specifiche che possono essere utilizzate per sostituire i tessuti malati del corpo. Determinare le condizioni di coltura ottimali per ottenere una differenziazione efficiente è un campo minato da diverse variabili che possono influenzare il risultato finale.

Per risolvere queste frustrazioni e accelerare il processo, alcuni ricercatori si stanno rivolgendo alla potenza della robotica e dell'intelligenza artificiale. L'ultima tecnologia è un robot umanoide dotato di intelligenza artificiale, chiamato Maholo, che può condurre i propri esperimenti di coltura cellulare e imparare dai risultati. "Abbiamo scelto come modello la differenziazione delle cellule RPE dalle cellule staminali, ma in linea di principio la combinazione di un robot di precisione con gli algoritmi di ottimizzazione consentirà di effettuare esperimenti autonomi per tentativi ed errori in molti settori della scienza della vita", ha dichiarato Genki Kanda, uno degli sviluppatori del nuovo robot.

L'obiettivo principale degli esperimenti era aumentare la percentuale di cellule staminali che si differenziavano in cellule RPE. I ricercatori hanno inserito nel sistema i loro attuali protocolli di best practice, che hanno portato a un'efficienza di differenziazione del 50%. Gli algoritmi dell'intelligenza artificiale hanno lavorato per ottimizzare questo risultato, modificando diversi parametri nel corso di vari cicli di sperimentazione. In poco più di sei mesi, il robot ha migliorato l'efficienza di differenziazione fino al 90%; i ricercatori stimano che, senza il robot, avrebbero impiegato 2,5 anni.

"L'utilizzo di robot e IA per la realizzazione di esperimenti sarà di grande interesse per il pubblico", ha dichiarato Kanda. "Tuttavia, è un errore vederli come sostituti. La nostra visione è che le persone possano fare ciò che sanno fare meglio, cioè essere creative. Possiamo usare i robot e l'intelligenza artificiale per le parti degli esperimenti che richiedono una precisione ripetibile e richiedono molto tempo, ma non richiedono di pensare"

Studio pubblicato sulla rivista eLife: Ricerca robotica della coltura cellulare ottimale nella medicina rigenerativa