Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Robotergestützte Kultivierung von Stammzellen

Durch die Verwendung von Montagerobotern mit Reinraumzulassung können Laborprozesse auf engstem Raum automatisiert werden. Die Verwendung von Liquid-Handling-Units ersparen den Anwendern tägliche Pipettierprozesse wie sie in der Kultivierung von Zellen üblich sind.

© Fraunhofer IPT

Entwicklung automatisierter Laborprozesse

Das Labor der Zukunft

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Entwicklung automatisierter Pipettierprozesse

Die Automatisierung hält zunehmend Einzug in biotechnologische Labor- und Produktionsumgebungen. Sie erlaubt es, Durchsatz und Reproduzierbarkeit zu steigern und so sichere Produkte in leistungsfähigen Prozessen herzustellen. Zur Automatisierung reicht jedoch nicht nur das passende Gerät – auch die Prozesse müssen entsprechend übersetzt und optimiert werden. Daher entwickeln wir automatisierbare Protokolle selbst für komplexe biotechnologische Prozesse.

Ein Beispiel für solche zeit- und arbeitsintensive Prozesse ist die Vermehrung von Stammzellen. Um den Aufwand zu reduzieren und Fehler durch menschliche Interaktion mit den Zellen zu reduzieren, bietet das Fraunhofer IPT technische Lösungen für die automatisierte Kultivierung von Stammzellen. Wir greifen dabei auf Erfahrung aus vergangenen und aktuellen Projekten zurück, in denen wir vollautomatisierte Anlagen für die Herstellung induzierter pluripotenter oder mesenchymaler Stammzellen für Forschung und Therapie entwickelt haben. Mithilfe intelligenter Prozessführung und individueller Messtechnik werden die Zellen in 2D-Kultur oder im Bioreaktor standardisiert hergestellt. Hierbei wird ein besonderes Augenmerk auf die Einhaltung der GMP/GAMP‑Empfehlungen (Good Manufacturing Practice/Good Automated Manufacturing Practice) gelegt, sodass die biologischen Prozesse konform dieser Richtlinien ausgeführt werden.

Für die Umsetzung dieser Richtlinien wurde das GMP-Wiki am Fraunhofer IPT entwickelt. In diesem Wiki werden die konstruktiven Anforderungen die aus dem GMP Leitfaden hervorgehen, betrachtet, sodass die Entwicklung von neuen Konstruktionen GMP gerecht durchgeführt wird. Des Weiteren wird das GMP‑Wiki aktuell um das Thema Software erweitert, sodass die entwickelte Software nach dem Leitfaden des Anhang 11 der GMP Richtlinie, überprüft und validiert wird.

Unser Leistungsangebot

  • Unterstützung in der Automatisierung von Laborprozessen
  • Erstellung von Automatisierungskonzepten
  • Automatisierung von Liquid-Handling-Prozessen
  • Automatisierung und Optimierung von Laborprotokollen
  • GMP-konforme Prozessautomatisierung
  • High-Speed-Mikroskopie
  • Deep Learning Bildauswertungsalgorithmen

Datenschutz und Datenverarbeitung

Wir setzen zum Einbinden von Videos den Anbieter YouTube ein. Wie die meisten Websites verwendet YouTube Cookies, um Informationen über die Besucher ihrer Internetseite zu sammeln. Wenn Sie das Video starten, könnte dies Datenverarbeitungsvorgänge auslösen. Darauf haben wir keinen Einfluss. Weitere Informationen über Datenschutz bei YouTube finden Sie in deren Datenschutzerklärung unter: http://www.youtube.com/t/privacy_at_youtube

Mittels der StemCellFactory werden in der aktuellen Förderperiode Verfahren zur automatisierten Herstellung patienten- und krankheitsspezifischer induziert pluripotenter Stammzellen (iPS-Zellen) aus einfach zu gewinnenden Blutproben etabliert. Um den Effekt einzelner genetischer Veränderungen auf die zellulären Krankheitsprozesse optimal abzubilden, wird erstmals das seit kurzem verfügbare Verfahren der Genomeditierung (CRISPR-Cas9) als automatisierter Vorgang integriert. Aus den iPS-Zellen standardisiert erzeugte Hirngewebe-ähnliche 3D-Aggregate (Organoide) werden für metabolische Untersuchungen zur patientenspezifischen Wirkstoffdosierung sowie Prädiktion von Wirkung und Nebenwirkungen eingesetzt. Hierfür werden Testsysteme und Plattformtechnologien für die unmittelbare Anwendung in der Therapieplanung und -entwicklung generiert.

Anwendungen

Automatisierte
Zellproduktion

Das Fraunhofer IPT entwickelt vollautomatisierte Anlagen zur Herstellung von pluripotente oder mesenchymale Stammzellen. Die Anlagen können Zellen im Hochdurchsatz oder im großen Volumen für die skalierte Produktion herstellen. Modernste Technik sorgt für eine optimale Qualitätskontrolle.

 

 

Pipettierprozess-
entwicklung

Die Automatisierung von Laborprotokollen beinhaltet in vielen Fällen Pipettierprozesse. Durch unsere langjährige Erfahrung mit Liquid-Handling-Systemen haben wir eine Bibliothek mit Funktionsbausteinen angelegt, die verschiedenste Pipettierprozesse vollautomatisiert abbildet.

Automatisierung von
Laborprotokollen

Die Bearbeitung von Zellen erfordert viele Schritte, wie Medienwechsel, Ablösen und Aussäen von Zellen, Cryokonservierung, Genomeditierung oder Probenhandling für die Qualitätskontrolle. In unseren Projekten entwickeln wir automatisierbare Protokolle für das reproduzierbare Handling von Zellen. 

Projekte

StemCellFactory

Im Projekt werden standartisierte und integrierte Verfahren zur personalisierten stammzellbasierten Wirkstoffprädiktion genutzt, um Testsysteme für Wirkstofftestung und Pharmakotherapie im Bereich neuropsychiatrische Erkrankungen zu entwickeln.

AutoStem

Stammzellen sind vielversprechende Kandidaten für die Zelltherapie. Im EU-Projekt AUTOSTEM wurde eine vollautomatisierte Anlage entwickelt um Zellen in einer roboter-unterstützten Umgebung herzustellen.

StemCellDiscovery

Die Automatisierung biotechnologischer Prozesse hat viele Vorteile – sie bedarf jedoch oft großer Investitionen. Um diese Prozesse testen und optimieren zu können, hat das Fraunhofer IPT die »StemCellDiscovery« aufgebaut. Das vollautomatisierte Labor steht als »Testbed« für kooperierende Universitäten und Unternehmen zur Verfügung.