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簡(jiǎn)介

迪拜Al Jalila兒童專科醫(yī)院的基因組學(xué)中心（CoE）利用Hamilton液體處理工作站的自動(dòng)化功能，為新生兒重癥監(jiān)護(hù)室的兒童提供基于全基因組測(cè)序（rWGS）的快速檢測(cè)。這個(gè)名為“小獵鷹"的項(xiàng)目將對(duì)200名兒童及其父母進(jìn)行測(cè)序，目的是證明這種方法在這種醫(yī)療環(huán)境中診斷速度和患者整體護(hù)理方面的實(shí)用性。本案例研究描述了基因組學(xué)CoE如何通過(guò)使用Hamilton液體處理工作站，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化rWGS文庫(kù)制備流程，從而提高準(zhǔn)確性、可重復(fù)性、無(wú)人值守時(shí)間、通量和靈活性。

關(guān)于Al Jalila兒童專科醫(yī)院

Al Jalila兒童?？漆t(yī)院（AJCH）于2016年11月1日落成，是阿拉伯聯(lián)合酋國(guó)家兒童?？漆t(yī)院。AJCH共有1000多名員工，包括醫(yī)生、護(hù)士、專家和臨床支持人員，分為六個(gè)CoE，每個(gè)CoE都有自己的專長(zhǎng)：腎臟、神經(jīng)科學(xué)、心臟、兒童和青少年心理健康、重癥監(jiān)護(hù)和基因組學(xué)。

Al Jalila兒童?？漆t(yī)院的基因診斷技術(shù)在AJCH的新生兒重癥監(jiān)護(hù)室，基因組學(xué)CoE發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為各種兒科疾病和綜合征提供早期診斷測(cè)試。這些疾病包括與聽(tīng)力損失、腸胃病學(xué)、肺病、骨骼和結(jié)締組織、內(nèi)分泌學(xué)、免疫學(xué)和風(fēng)濕病學(xué)有關(guān)的疾病。

基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室利用下一代測(cè)序技術(shù)（NGS）、如全外顯子測(cè)序（WES）、全基因組測(cè)序（WGS）、以及芯片（染色體芯片）、液滴數(shù)字PCR (ddPCR) 和Sanger測(cè)序等先進(jìn)技術(shù)，提供定制的精準(zhǔn)基因檢測(cè)服務(wù)。

2022年，基因組學(xué)CoE開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為“小獵鷹"的項(xiàng)目，旨在兩年內(nèi)為200個(gè)家庭提供基于rWGS的檢測(cè)（共600個(gè)個(gè)體的三重分析）。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，基因組學(xué)CoE依靠12名專業(yè)員工，包括一名美國(guó)委員會(huì)認(rèn)證的臨床分子遺傳學(xué)家、生物信息學(xué)科學(xué)家、基因組分析師、分子技術(shù)專家和遺傳顧問(wèn)。

基因診斷自動(dòng)化

起初，基因組學(xué)CoE以人工方式進(jìn)行所有檢測(cè)。然而，隨著該公司開(kāi)始成為中東地區(qū)較大的基因檢測(cè)平臺(tái)，提高通量和可重復(fù)性成為當(dāng)務(wù)之急。

Tayoun博士解釋了他選擇Hamilton系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作流程自動(dòng)化的決定： “在加入AJCH 之前，我曾在費(fèi)城兒童醫(yī)院使用過(guò)Hamilton儀器。Hamilton儀器的技術(shù)特點(diǎn)和可靠性都非常出色，因此當(dāng)我們開(kāi)始在AJCH的基因組學(xué)部門實(shí)現(xiàn)工作流程自動(dòng)化時(shí)，Hamilton是我們很好的選擇。

基因組學(xué)CoE目前有兩個(gè)Hamilton Microlab®NGS STAR，其中五個(gè)工作流程已經(jīng)自動(dòng)化。這些工作流程包括基因分型、DNA稀釋和WES和rWGS文庫(kù)制備。嚴(yán)格的驗(yàn)證過(guò)程正在進(jìn)行中或已經(jīng)完成，以確保其適用于診斷目的。在本案例研究中，我們重點(diǎn)關(guān)注用于小獵鷹項(xiàng)目測(cè)試的rWGS庫(kù)準(zhǔn)備工作流程的自動(dòng)化。

rWGS文庫(kù)制備自動(dòng)化工作流程

小獵鷹項(xiàng)目 rWGS 的整個(gè)過(guò)程包括七個(gè)階段：(1) 樣品采集；(2) DNA 提取；(3) WGS 文庫(kù)制備；(4) 定量和匯集；(5) 測(cè)序；(6) 分析；(7) 結(jié)果交付。

El Naofal女士更詳細(xì)地描述了這一過(guò)程： “首先用EDTA管采集外周血樣本（受試者和父母），然后用QIAGEN QIAsymphony 儀器提取基因組DNA。提取gDNA后，將其與文庫(kù)制備所需的耗材和試劑一起擺放到Hamilton Microlab®NGS STAR的臺(tái)面上。制備好的NGS文庫(kù)使用賽默飛世爾科技公司的Qubit 4.0熒光儀檢測(cè)文庫(kù)的濃度，而后在Illumina NovaSeq 6000平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)序。測(cè)序結(jié)束后，生物信息學(xué)團(tuán)隊(duì)會(huì)立即對(duì)結(jié)果進(jìn)行內(nèi)部分析，并在樣本采集后48到72小時(shí)內(nèi)將結(jié)果告知患者。 這種方法之所以被稱為“快速"，是因?yàn)閺臉颖静杉浇Y(jié)果通報(bào)的時(shí)間很短。

系統(tǒng)描述

用于 rWGS 文庫(kù)制備的系統(tǒng)是基于Hamilton Microlab® NGS STAR，該系統(tǒng)有八個(gè) 1000 μL移液通道、一個(gè) CO-RE® 抓手工具、一個(gè)磁力架、五個(gè)Hamilton加熱振動(dòng)器（HHS）和兩個(gè)用于控溫孵育的 INHECO CPAC。

自動(dòng)化流程描述

如前所述，rWGS文庫(kù)制備方法基于Illumina的DNA PCR自由文庫(kù)制備試劑盒在Hamilton液體處理器上的自動(dòng)化（第3階段）。自動(dòng)化工作流程包括四個(gè)主要步驟。

1.     Tagmentation of the Genomic DNA

2.     Post-Tagmentation Clean-up 

3.     Index Ligation 

4.     Post-index Library Clean-up

Hamilton Microlab® NGS STAR可自動(dòng)處理這四個(gè)步驟。Hamilton實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化顧問(wèn)Murad Sharabati先生進(jìn)一步描述：“NGS STAR上的這種方法非常簡(jiǎn)單，用戶友好。NGS STAR中的自動(dòng)條形碼閱讀器可讀取試劑盒中管的條碼信息，并將信息輸入VENUS軟件。用戶只需手動(dòng)將一些耗材（如無(wú)核酸酶的水）擺放到平臺(tái)上的50毫升槽中。對(duì)于步驟1 (tagmentation) 和3 (index ligation)，通過(guò)使用Hamilton 加熱振蕩器實(shí)現(xiàn)孵育步驟。因該步驟不需要溫度變化，因此無(wú)需使用臺(tái)面熱循環(huán)儀 (ODTC)，從而降低了總體成本。此外，HHS還用于某些步驟中的混合，減少了所需的耗材量和處理時(shí)間。純化（步驟2和4）依賴于臺(tái)面上的磁力架。為了在這些步驟中最大限度地確保樣品的均一性，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)批處理程序。該程序利用8個(gè)1000 µL 移液通道串聯(lián)處理3個(gè)批次，然后繼續(xù)處理后面的3個(gè)批次，依此類推。這樣既縮短了處理時(shí)間，又保證了結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性"。完成這四個(gè)自動(dòng)化 NGS 文庫(kù)制備核心工作流程步驟后，文庫(kù)將進(jìn)行人工定量和匯集。Hamilton基因組學(xué)高級(jí)細(xì)分市場(chǎng)負(fù)責(zé)人Birgit Ottenw?lder博士對(duì)這些額外工作流程步驟的潛在自動(dòng)化發(fā)表了評(píng)論：如果需要，定量和匯集步驟也可以使用Hamilton的NGS STAR進(jìn)行自動(dòng)化。特別是定量步驟，可通過(guò)第三方設(shè)備整合或通過(guò)Hamilton用于熒光檢測(cè)的新型臺(tái)面模塊FLUOREYE實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。定量和匯集步驟通常是為滿足客戶的個(gè)性化要求和實(shí)驗(yàn)室設(shè)置而定制的。因此，這些步驟可根據(jù)要求添加到我們經(jīng) Hamilton驗(yàn)證或合作伙伴認(rèn)證的NGS文庫(kù)制備核心方法中。

WGS文庫(kù)制備自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)

準(zhǔn)確性和可重復(fù)性 

自動(dòng)化可大幅降低錯(cuò)誤率，這得益于工作流程的標(biāo)準(zhǔn)化以及消除了操作員引起的變化和偶然錯(cuò)誤。液體處理技術(shù)的精確性和準(zhǔn)確性可確保減少在錯(cuò)誤處理和潛在重復(fù)上浪費(fèi)的時(shí)間，從而全面提高診斷速度?；蚪M學(xué)CoE目前正在對(duì)用于診斷的自動(dòng)化工作流程進(jìn)行全面驗(yàn)證（超出了小獵鷹項(xiàng)目的臨床研究目的）。初步結(jié)果表明，所有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)都與人工處理的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相似或更好。圖4顯示，在自動(dòng)化處理過(guò)程中，所有測(cè)試樣本的基因組覆蓋率均超過(guò)90%。

無(wú)人值守時(shí)間

自動(dòng)化的主要優(yōu)勢(shì)之一是能讓科學(xué)家大大減少 “動(dòng)手時(shí)間"，這在NGS文庫(kù)制備等長(zhǎng)時(shí)間工作流程中尤為有用。使用手動(dòng)方法，24個(gè)樣本需要3到4個(gè)小時(shí)的動(dòng)手工作，而使用Hamilton系統(tǒng)，只需要30到45分鐘的動(dòng)手時(shí)間。

通量

自動(dòng)化工作流程允許同時(shí)運(yùn)行多達(dá)96個(gè)樣本。盡管小獵鷹項(xiàng)目的目標(biāo)是在兩年內(nèi)對(duì)600個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)序，但其目的是將這一自動(dòng)化工作流程添加到醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)遺傳學(xué)服務(wù)列表中。AJCH的基因組學(xué)CoE預(yù)計(jì)每月運(yùn)行100至150個(gè)樣本。

靈活性

來(lái)自不同供應(yīng)商的多種方法可在同一Hamilton NGS STAR工作站上實(shí)施，在這些方法之間切換只需交換幾個(gè)載架。對(duì)于運(yùn)行多種方法/測(cè)定的客戶來(lái)說(shuō)，將Hamilton自動(dòng)化系統(tǒng)用于各種用途的能力尤其具有吸引力。