生命科学実験の効率的な自動化を実現するスケジューリング手法を開発

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2021-06-25 筑波大学,理化学研究所,科学技術振興機構

生命科学実験をロボットなどの機器を用いて自動化し、人が行うよりも大幅に効率化したり、実験の再現性を向上させたりする試みが、世界的に始まっています。実験の自動化において、さまざまな種類の機器を連携させ、複数の実験を並列に実行することができれば、さらなる効率化が可能です。このため、どの機器で、いつ、どの手順を実行するかを決定するためのスケジューリング手法が研究されてきました。しかし、生細胞や不安定な生体分子を扱う実験の中には、素早く行わなくてはならない手順があり、このような時間制約は、これまで十分に考慮されていませんでした。

本研究では、こういった時間制約のある実験手順を複数の機器で効率よく実行するためのスケジューリング問題に対して、混合整数計画問題として数理的に定式化した上で、分枝限定法を用いて解を求める方法を開発しました。この方法では、シミュレーションにより、時間制約を満足させながら全体の実行時間が最小となるようなスケジュールを決定することが可能です。

さらに、あらかじめ決められた実験プロトコルや実験室の構成に基づいたスケジューリングだけでなく、シミュレーション結果を、実行時間を短縮する実験プロトコルや実験室の構成の設計にも利用できることを示しました。

本手法により、異種・多数のロボットに実験を効率よく実行させることが可能となり、ロボット実験施設の実現に向けた基盤技術となることが期待されます。

本研究成果は、日本時間2021年6月25日に「SLAS Technology」に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構(JST) 未来社会創造事業の探索加速型「共通基盤」領域(運営統括:長我部 信行)における研究開発課題「ロボティックバイオロジーによる生命科学の加速」(研究開発代表者:高橋 恒一)による研究プロジェクトの一環として実施されました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Optimal scheduling for laboratory automation of life science experiments with time constraints”
DOI:10.1177/24726303211021790
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>

尾崎 遼(オザキ ハルカ)

筑波大学 医学医療系/人工知能研究センター 准教授

<JST事業に関すること>

庄司 真理子(ショウジ マリコ)

科学技術振興機構 未来創造研究開発推進部

<報道担当>

筑波大学 広報室

理化学研究所 広報室

科学技術振興機構 広報課

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