新しい3Dプリントロボット顕微鏡が水生生物の胚の研究に役立つ

2025年1月4日、アンタークティックベアは、10年間の研究開発を経て、プリマス大学の胚表現型グループの研究チームがLabEmbryoCamと呼ばれる自律型ロボット顕微鏡を発売したことを知りました。このオープンソースの研究室機器は、3D プリントされたコンポーネントを使用して、水生胚の環境変化への反応を自動的に監視および評価し、水生生物の研究に前例のないツールを提供します。

フェノミクス研究のための新しいツール

チームが発表した研究によると、「個体スケールで高次元のデータを得る」ことはフェノミクスと呼ばれ、農作物学や医学など、人間の健康に関わる生物学的研究に応用されているという。水生生物の胚は、その小さなサイズ、強い生態学的関連性、高い分類上の多様性、そして機能的、空間的、時間的変動性の高さから、この研究分野における自然なモデルです。環境条件が生命の初期段階にどのように影響するかを研究することはこれまで以上に重要であり、そのためチームはオープンソースプロジェクトとして LabEmbryoCam を作成しました。

LabEmbryoCam は、胚の発育を追跡することで、水生生物の胚の発育の初期段階を自動的に監視できます。科学者はこの多目的システムを使用して、心拍、発育速度、成長速度など、発達中の動物の重要な特性を測定できるほか、多数の胚の生物学的プロセスを同時に視覚化して測定することもできます。

オープンソース設計、柔軟で使いやすい

LabEmbryoCam のハードウェアとソフトウェアの設計は両方ともオープンソース化されており、研究者は表現型解析プラットフォームを独自のニーズに合わせて調整できます。この研究の主任著者であり、プリマス大学の主任研究員で、Embryo Phenotype Group の創設者でもあるオリバー・ティルズ博士は、次のように説明しています。「私たちは、動物がどのように体を作るか、そして環境が動物に与える影響を観察する便利な窓口を提供するために、LabEmbryoCam を開発しました。3D プリントや人工知能などの実現技術を最大限に活用しています。LabEmbryoCam により、研究者はこれまでは手が付けられなかった複雑な研究上の疑問に取り組むことができます。また、オープンソースにより、LabEmbryoCam はより多くの人が利用しやすくなります。」

△ 動作中の振動絶縁を保証する注釈フットアセンブリ。低周波を絶縁するための 3D プリントされたリーフスプリングと、高周波を絶縁するためのソルボセインフットパッドを統合しています。

3Dプリント技術はコストを削減し、イノベーションの余地を広げる

LabEmbryoCam は、アルミニウム押し出しフレーム内に組み込まれた、民生用電子機器、ステッピングモーター駆動モーション、シングルボードコンピューター、FDM 3D プリントコンポーネントで構成されたモジュラーシステムです。これは多目的プラットフォームであり、研究者らによると、もともとは「マルチウェルプレート形式で培養された水中胚の発育のタイムラプス画像撮影」用に設計され、最適化されたという。

「可能な場合は、コストを最小限に抑え、サプライチェーンへの依存を減らすために、3Dプリント部品を使用した」と研究チームは論文に記している。3Dプリントの大きな利点の1つは、機器をカスタマイズできることで、これは研究室やクリーンルームで役立つ。 LabEmbryoCam の製造に使用された FDM 部品には、撮影中の環境振動の影響を軽減するために各コーナーに取り付けられた 3D プリントのリーフスプリングや、マルチウェルプレート形式でのタイムラプス撮影中の蒸発の問題に対処するための 3D プリントの加湿チャンバーなどがあります。 LabEmbryoCam では合計 100 個を超える 3D プリント部品が使用されており、その STL ファイルは Zenodo リポジトリで入手できます。

△ LabEmbryoCam (LEC) のさまざまなバージョンのアセンブリの CAD レンダリング。 A) V1 LEC は汎用アルミニウムプロファイルと自立型ブラケットを使用して構築され、B) V2 LEC は Rexroth アルミニウムプロファイル、ブラインドフィッティングを使用し、カバーが含まれています。寸法：幅450mm、奥行き390mm、高さ475mm。

幅広い応用の可能性

ティルズ博士は次のように語っています。「 LabEmbryoCam により、ユーザーは人生で最も活動的で、最も敏感な時期にフェノミクスを適用することができます。これらの機器は、胚の機能を理解する上で非常に重要であることが証明されており、これらの反応は、その後の人生と比較して大幅に異なります。これは、地球温暖化や海洋温暖化が個々の種に与える影響を理解し、将来地球上で発生する可能性のある環境条件に耐性のある種、個体群、および個体を特定する上で非常に重要です。」

LabEmbryoCam のチームは、胚のフェノムの研究をサポートするために専用のフェノミクス施設を設立しました。研究者らは、システムをオープンソースにするだけでなく、発達中の動物の研究にフェノミクスのアプローチを適用する研究者を支援することを目的としたコミュニティ利益企業である Phenomyx CIC を通じてもシステムを販売している。この機器は英国と米国の顧客に販売されており、その部品はプリマスサイエンスパークにあるフェノミックスCICの拠点で3Dプリントされ組み立てられている。さらに、プリマス大学の研究者たちは、クリスマス島のアカガニの初期段階の研究を支援するために、LabEmbryoCam をインド洋への遠征に持ち込んだ。

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