Automazione degli esperimenti biochimici per un’azienda innovativa della Silicon Valley

LeverX ha sviluppato una piattaforma completa che ha automatizzato completamente le procedure per gli esperimenti biochimici, consentendo al cliente di più che raddoppiare il numero di esperimenti condotti nei primi sei mesi e di abbreviare i cicli di sintesi per i nuovi composti.

Cliente e sfida

Il cliente è un'azienda innovativa della Silicon Valley, con una divisione specializzata nella scoperta di nuovi metodi per la sintesi di composti biochimici. I suoi clienti principali sono aziende farmaceutiche e organizzazioni legate alla difesa, il che pone requisiti elevati in termini di velocità e affidabilità dei risultati.

Prima di contattare LeverX, il cliente conduceva esperimenti biochimici manualmente che, con la crescita dell'attività, diventavano sempre più lunghi e costosi, creando una serie di problemi critici. Il cliente si trovava in una situazione critica, avendo a disposizione solo 12 mesi per lanciare la soluzione nell'ambito di una sovvenzione governativa e con un budget sufficientemente limitato.

Sfide principali:

• Rallentamento nello sviluppo delle molecole target: I flussi di lavoro di sintesi manuale, che richiedevano numerose iterazioni e calcoli complessi, portavano a lunghi cicli di sviluppo di nuovi composti.
• Alta intensità di lavoro e scalabilità limitata: La natura manuale della progettazione e dell'esecuzione degli esperimenti ha limitato la scalabilità del lavoro degli scienziati e ha creato colli di bottiglia nei processi di scoperta.
• Problemi di riproducibilità e qualità dei dati: Le reazioni progettate ed eseguite manualmente spesso non erano riproducibili, soprattutto in laboratori diversi con attrezzature diverse, il che influiva sull'affidabilità e sull'accuratezza dei risultati.
• Mancanza di un unico database: I dati ottenuti durante gli esperimenti non sono stati sistematizzati in un unico database, il che ha impedito di utilizzare i risultati precedenti per accelerare le nuove ricerche.
• Alto rischio di errore umano: La complessità della sintesi in più fasi rendeva il processo soggetto a errori umani in qualsiasi fase, che potevano portare a ritardi significativi o richiedere un riavvio completo.

Metodologia e approccio

Di fronte a questi problemi critici, il cliente si è rivolto a LeverX. Per rispondere prontamente alla situazione critica, il cliente ha organizzato un workshop di due giorni in cui il nostro team ha presentato un'architettura di alto livello per la soluzione futura. Il cliente è rimasto colpito dal nostro approccio meticoloso e dalla nostra chiarezza e ci ha quindi affidato l'ulteriore sviluppo del progetto.

Il compito principale per noi era quello di sviluppare e lanciare la soluzione entro tempi e budget ristretti. Per questo, LeverX ha applicato un approccio Agile, suddividendo il processo di sviluppo nelle seguenti cinque fasi:

1. Scoperta e raccolta dei requisiti: Ci siamo impegnati attivamente con il cliente per chiarire gli obiettivi, le aspettative e le metriche di successo, abbiamo svolto ricerche approfondite e studi di fattibilità e abbiamo condotto workshop per raccogliere i requisiti e affinare l'ambito del progetto.
2. Progettazione della soluzione: Abbiamo sfruttato le nostre competenze interfunzionali, tra cui BA, Solution Architect e designer UI/UX, per sviluppare wireframe, percorsi utente e prototipi interattivi per una prima validazione. Abbiamo poi creato architetture di sistema scalabili con un'attenzione particolare ai miglioramenti futuri.
3. Sviluppo e consegna agili: Abbiamo organizzato più team Scrum con responsabilità distinte, come UI/UX, sviluppo della logica aziendale e integrazione del sistema, consegnando i moduli funzionali a intervalli con un feedback continuo da parte del cliente.
4. Garanzia di qualità e test: Il nostro team ha eseguito test automatizzati e manuali, compresi quelli di unità, integrazione e performance. Abbiamo convalidato i dati in tempo reale, elaborando e verificando grandi serie di dati telemetrici e di spettrometria di massa.
5. Implementazione e supporto: In questa fase si è proceduto all'implementazione della soluzione e al suo ulteriore supporto.

Siamo stati in grado di raggiungere gli obiettivi del cliente, tra cui:

• Automatizzare le procedure di sintesi biochimica dall'inizio alla fine per ridurre il tempo necessario per la progettazione delle molecole, l'impostazione, l'esecuzione e l'analisi degli esperimenti.
• Ottimizzare l'uso dell'hardware robotico, consentendo di condurre fino a cinque esperimenti contemporaneamente, con un conseguente aumento della produttività.
• Creare una piattaforma in grado di gestire carichi di lavoro crescenti e processi di sintesi biochimica complessi.
• Integrazione perfetta con i sistemi esistenti, come gli strumenti di progettazione delle formule e il software di spettrometria di massa, per creare un flusso di lavoro unificato.
• Sviluppare una piattaforma che potesse essere implementata e testata completamente in remoto, risolvendo così i problemi causati dalla pandemia COVID-19.
• Implementare con successo la soluzione rispettando il budget stanziato e le scadenze strette.

La soluzione

Sulla base dell'architettura presentata durante un workshop di due giorni e colpito dal nostro approccio, il cliente ci ha affidato l'implementazione del progetto. In tempi stretti e con un budget limitato, LeverX ha sviluppato e consegnato una soluzione pronta per il mercato, una piattaforma che automatizza completamente il ciclo degli esperimenti biochimici.

I moduli chiave della soluzione:

• Pianificazione del percorso con AI: Gli algoritmi di intelligenza artificiale suggeriscono percorsi sintetici ottimali, riducendo il tempo e le risorse necessarie per la progettazione.
• Automazione degli esperimenti: La piattaforma traduce le configurazioni JSON in comandi per i robot, integrandosi con complessi robotici proprietari.
• Esecuzione parallela: Il sistema consente di eseguire fino a cinque esperimenti contemporaneamente, massimizzando in modo significativo l'utilizzo dell'hardware e la produttività.
• Integrazione della spettrometria di massa: I risultati delle analisi vengono importati automaticamente nella piattaforma, riducendo la gestione manuale dei dati.
• Raccolta ed elaborazione dei dati telemetrici: La piattaforma raccoglie ed elabora i dati telemetrici dei sensori in tempo reale, fornendo una visualizzazione e un'analisi efficaci.
• Reporting automatizzato e cicli di feedback: I dati elaborati vengono convertiti in rapporti dettagliati. Sulla base delle informazioni acquisite, il sistema può suggerire la regolazione dei parametri o nuove configurazioni sperimentali.
• Database unificato: La creazione di un unico database ha permesso di sistematizzare i dati sperimentali, fornendo preziosi spunti analitici prima non disponibili.

Tecnologia

La piattaforma è stata sviluppata utilizzando il seguente stack tecnologico:

• Database: PostgreSQL.
• Backend: Python (per la logica aziendale di base) e GoLang (per gli agenti).
• Frontend: React / Redux.
  

I risultati

LeverX ha fornito al cliente una soluzione ben congegnata. Il progetto è stato lanciato con successo nel rispetto dei tempi e del budget concordati.

Il cliente ha ottenuto i seguenti risultati misurabili:

• Aumento della produttività: Nei primi sei mesi dal lancio della soluzione, il numero di esperimenti completati è più che raddoppiato grazie all'automazione del flusso di lavoro e all'esecuzione parallela delle attività.
• Accelerazione dei tempi di scoperta: L'automazione della progettazione, dell'esecuzione e dell'elaborazione dei dati ha ridotto significativamente il lavoro manuale e accelerato i cicli di sintesi.
• Accuratezza e riproducibilità migliorate: La raccolta dei dati in tempo reale e la creazione di report automatici hanno ridotto al minimo l'errore umano e aumentato l'affidabilità dei risultati.
• Creazione di un'unica fonte di verità: grazie alla centralizzazione dei dati, gli approfondimenti analitici che prima non erano disponibili sono diventati la base del processo decisionale.
• Superamento dei vincoli: LeverX ha affrontato con successo la sfida di sviluppare e lanciare la soluzione in tempi molto stretti e con un budget limitato.