デジタルラボトランスフォーメーション | 新しい研究技術

新しい研究技術で実現するデジタルトランスフォーメーション（DX）

The Cutting Edge

現在は、紙の実験ノートに馴染んでいる研究者が多数派ですが、新しい研究技術を生かしてデジタルトランスフォーメーション（DX）がもたらす可能性をフルに生かそうとするライフサイエンス研究者も見られるようになりました。この記事をご覧の皆様の研究室でも、すでにそのような動きが見られ始めているかもしれません。例えば装置同士がデータを「やり取り」したり、従来の実験ノートなしにデータのアップロード、分析、共有が円滑に実行されたり、品質管理や在庫管理が自動的に実行されたりといった具合です。それはまさにインダストリー4.0時代のデジタル化された新しい研究室の姿です。

DXに取り組む理由

デジタル化のメリットは、品質管理や一貫性確保から、データの可視化・共有の促進に至るまで計り知れません。例えば、実験機器をデジタル化してネット接続することで実験作業のモニタリングも可能になります。ウェブを利用したワイヤレスモニタリングシステムがあれば、冷蔵庫の故障で貴重なサンプルや試薬を失う前にラボマネージャーにアラートが送られます。

研究室でデータの収集、保存、分析がデジタル化されると、膨大な時間を節約できます。実験機器を自動化すれば、標準的なプロセスの実行はもちろん、文書のプリントアウトや紙の実験ノートを使うことなく、データも収集できます。データがアップロードされるようになれば、時間が節約できるうえ、ミスが減少し、情報の共有範囲が広がり、検索も容易になります。

クラウドによるデータ共有

電子実験ノート（ELN）の登場により、紙のメモや学術誌のページ、その他のスクラップを延々と集めては整理していた日々は、完全に過去のものとなるかもしれません。最近の実験機器は、データセットの記録から転送までデジタルで切れ目なく円滑に実行できるため、ELNを使えば、紙のプリントアウトや手書きのメモは不要になります。紙のノートをスキャンして取り込む手もないわけではありませんが、多くの場合、実験の記録用に設計されたELNのようなソフトウェアには、ほかにも便利な機能が搭載されています。

高機能のENLは、実験で得られた結果を取り込み、実験の詳細情報や結果、ユーザーのメモをデジタルデータとして記録していきます。過去の実験の再現を指示された場合でも、ELNであれば、実験チーム内での全データの検索や共有に対応しており、研究責任者の手書き文字の判読に苦労することもありません。もう1つのメリットは安全性です。クラウドにデータを格納しておけば、物理的な施設が火災や洪水に見舞われてもデータを守ることができます。

研究室のベストプラクティス：研究室でMVPになるための10カ条

一貫性を実現するDX

定型作業のデジタル化や自動化により、高速化、省力化に加え、ミスの削減にもつながります。例えば、細胞培養研究室では細胞カウントは厳格な手順が求められます。従来、研究現場では、細胞濃度計算や生死判別アッセイは、格子目盛りの付いた血球計算盤を使って手作業で行ってきました。しかし、自動処理に対応したCorning^®セルカウンターと独自のクラウド型機械学習方式を組み合わせると、細胞カウント結果が迅速かつばらつきなく得られ、人為ミスの発生も抑えられます。細胞の撮像後、アルゴリズムに沿って3秒足らずでカウント処理が完了し、実験結果はクラウドに無制限に保存できます。

反復作業も、自動化に適しています。多くのアッセイや検査法がスケールアップすると、同じ動作の長時間の繰り返しが身体的負荷となって担当者の疲労や怪我につながるだけでなく、ミスも誘発しやすくなります。機械は、正しくプログラミングすればミスが最小限に抑えられるうえ、担当者も単調な作業から解放されます。

マルチウェルプレートのハンドリングは、Corning Lambda™ EliteMax 半自動ベンチトップピペッター(日本未発売)のような装置を使うと、はるかに容易に効率化できます。コンパクトな設置面積で自動化処理に対応し、96ウェルプレートへの分注、移し替え、段階希釈をワンタッチで実行するため、作業者の手を煩わせることなく、人為ミスも少なくなります。

デジタル化は、大量操作にも役立ちます。接着細胞培養に多層化培養表面を用いて製造を強化すると、回収量を増やすことができます。コーニングのCellSTACK®システムやHYPERStack^®システムなどのプラットフォームは、スケーラビリティと一貫性に優れた処理のルーチン化を実現します。操作の自動化やプログラミング対応により、分注や平衡化、回収など、重要性の高いさまざまな液体ハンドリングの際に、実験時間の節約やミスの削減につながります。ミスが減少して時間短縮や効率化が実現するだけでなく、研究室スタッフの安全性向上にも寄与します。

大容量データアレイの可視化

大規模データセットの取り扱いも、新しい研究技術を活用すれば容易になります。例えば、プロテオーム解析にタンデム質量分析法を実施すると、膨大なデータセットが生成されます。専門ソフトウェアがあれば、こうしたデータを収集するだけでなく、アレイを可視化して分析することも可能です。また、数値演算にとどまらず、正規化の処理、不一致の検出、さらには機械学習を応用した分析強化にも対応します。

可視化は、逆操作も可能です。Corning Matribot^®バイオプリンターなどのツールでは、複雑な組織構造データを使って3Dのバイオプリンティングを実行することで、さまざまな創薬やプレシジョンメディシンの戦略に活用できます。プロセスを自動化できる点もメリットです。例えば、一貫性のあるオルガノイド構造やスフェロイド構造を常に維持できれば、品質管理にも効果があり、実験データの有効性向上につながります。

Corning Ascent^® FBRシステム(日本未発売)は、リモート環境から装置にアクセスして、リアルタイムにプロセスデータを可視化できます。Ascent FBRでは、データトレンドがリアルタイムに表示されます。装置へのリモートアクセスでも、データを確認しながら、自動化済みの機能を遠隔起動できるため、わざわざ研究室に足を運ぶ必要がなく、使い勝手や効率が高まります。

LIMSなどによる研究室管理の効率化

研究室の備品・消耗品の管理や、装置のリモートモニタリングも、デジタル化による効率アップが期待できます。例えば、リモートモニタリングは、装置が故障したら通知が来るだけでなく、保管状況の履歴もしっかり残ります。

実効性の高いラボ情報管理システム（LIMS）であれば、データと研究室の管理が向上します。現在、さまざまなLIMSプラットフォームがあり、試料のハンドリングやデータ取得にとどまらず、在庫や装置保守スケジュールの管理に対応している製品もあります。Scientific Computingは、LIMSの選定に当たって、何をしたいのか目的を明確にし、例えばスケールや試料ハンドリングなどの条件を検討してから判断するようアドバイスしています。

デジタル化と自動化は非常に大きな効果を発揮します。試料にバーコードをつけるだけの簡単な工夫でも、作業が迅速になるだけでなく、ミスの予防に役立ちます。効率的なデータ転送を徹底するだけでも、R&D研究室で創薬ワークフローを最適化できます。あまり定型化されていないようなワークフローであっても効果が期待できます。

新しい研究技術を踏まえると、DXの推進により、ミスの発生を抑えつつ、実験の迅速化、効率化が実現する可能性があります。アクセンチュアの調査レポートによれば、デジタル化への投資は、データアクセスが高速化する一方、手作業による処理プロセスが減少するため、大きな価値がもたらされます。このプロセスは、スキルや才能、さらには適材適所の体制かどうかに大きく依存します。また、同レポートによれば、共同研究の増加も見られるといいます。研究室のDXには、投資するだけの価値があることは明らかです。