Entwicklung automatisierter Laborprozesse

© Fraunhofer IPT
Entwicklung automatisierter Pipettierprozesse

Die Automatisierung hält 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. Deshalb entwickeln wir automatisierbare Protokolle selbst für komplexe biotechnologische Prozesse.

Ein Beispiel für solche zeit- und arbeitsintensiven 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 Erfahrungen aus vergangenen und aktuellen Projekten zurück, in denen wir sowohl vollautomatisierte Anlagen als auch teilautomatisierte Lösungen für die Herstellung induzierter pluriopotenter oder mesenchymaler Stammzellen für Forschung und Therapie entwickelt haben. Gerne unterstützen wir Sie und geben Ihnen Handlungsempfehlungen zur Erstellung voll- oder teilautomatisierter Konzepte sowie individueller Prozessautomatisierung. Hier legen wir ein besonderes Augenmerk auf die Einhaltung der GMP/GAMP‑Empfehlungen (Good Manufacturing Practice/Good Automated Manufacturing Practice), sodass die biologischen Prozesse konform zu diesen Richtlinien ausgeführt werden.

Für die Umsetzung dieser Richtlinien wurde das GMP-Wiki am Fraunhofer IPT entwickelt. Dieses Wiki betrachtet die konstruktiven Anforderungen, die aus dem GMP Leitfaden hervorgehen, sodass die Entwicklung neuer Konstruktionen GMP-gerecht durchgeführt wird. Zusätzlich wird das GMP‑Wiki um das Thema Software erweitert, sodass die entwickelte Software nach dem Leitfaden des Anhangs 11 der GMP-Richtlinie, überprüft und validiert werden kann.

Wir sind in der Lage, Ihre Prozesse schnell in unserem Automatisierungstestbed, der StemCellDiscovery, hinsichtlich der Automatisierbarkeit zu testen. So sind wir in der Lage frühzeitig Engpässe zu erkennen und Optimierungsmaßnahmen abzuleiten.

Unser Leistungsangebot

Unterstützung in der Automatisierung von Laborprozessen
Erstellung von Automatisierungskonzepten (wie Liquid-Handling-Prozesse, High-Speed-Mikroskopie o. ä.)
Automatisierung und Optimierung von Laborprotokollen
GMP-konforme Prozessautomatisierung

Individuelle Lösungen


Decapper Automatisiertes Öffnen und Verschließen von Behältern mit Schraubverschluss Das Fraunhofer IPT entwickelt Geräte zum automatisierten Öffnen und Verschließen von Zell- und Flüssigkeitsbehältern mit Schraubverschluss.	CoolGate Gekühlte Lagerung und automatisierte Bereitstellung wärmeempfindlicher Flüssigkeiten Der Innenraum des CoolGates kann auf 4 °C abgekühlt werden, um Behälter mit wärmeempfindlichen Flüssigkeiten für längere Zeit zu lagern. Eine integrierte Mechanik transportiert die Flüssigkeitsbehälter zur Entnahmestelle, sodass ein Roboter sie übernehmen kann.	Greifer Greifen von Objekten verschiedener Form und Größe Speziell geformte Greifer, die wir am Fraunhofer IPT für unterschiedliche Aufgaben entwickelt haben, können verschiedene Objekte innerhalb der Anlage bewegen, ohne dass die Greifer dafür getauscht werden müssen.	Schleuse Transfer von Materialien zwischen Räumen mit verschiedenen Reinraumgraden Eine besondere Schleuse, die wir am Fraunhofer IPT aufgebaut haben, ermöglicht die Überführung von Material von einem Raum mit hohem in einen mit niedrigerem Reinraumgrad. Ein Belüftungssystem verhindert die Kontamination, während eine integrierte Kühlung auch die Aufnahme wärmeempfindlicher Flüssigkeiten erlaubt.

Decapper

Automatisiertes Öffnen und Verschließen von Behältern mit Schraubverschluss

Das Fraunhofer IPT entwickelt Geräte zum automatisierten Öffnen und Verschließen von Zell- und Flüssigkeitsbehältern mit Schraubverschluss.

CoolGate

Gekühlte Lagerung und automatisierte Bereitstellung wärmeempfindlicher Flüssigkeiten

Der Innenraum des CoolGates kann auf 4 °C abgekühlt werden, um Behälter mit wärmeempfindlichen Flüssigkeiten für längere Zeit zu lagern. Eine integrierte Mechanik transportiert die Flüssigkeitsbehälter zur Entnahmestelle, sodass ein Roboter sie übernehmen kann.

Greifer

Greifen von Objekten verschiedener Form und Größe

Speziell geformte Greifer, die wir am Fraunhofer IPT für unterschiedliche Aufgaben entwickelt haben, können verschiedene Objekte innerhalb der Anlage bewegen, ohne dass die Greifer dafür getauscht werden müssen.

Schleuse

Transfer von Materialien zwischen Räumen mit verschiedenen Reinraumgraden

Eine besondere Schleuse, die wir am Fraunhofer IPT aufgebaut haben, ermöglicht die Überführung von Material von einem Raum mit hohem in einen mit niedrigerem Reinraumgrad. Ein Belüftungssystem verhindert die Kontamination, während eine integrierte Kühlung auch die Aufnahme wärmeempfindlicher Flüssigkeiten erlaubt.

StemCellFactory

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 hirngewebeähnliche 3D-Aggregate (Organoide) werden für metabolische Untersuchungen zur patientenindividuellen Wirkstoffdosierung sowie Prädiktion von Wirkung und Nebenwirkungen eingesetzt. Dafür 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.

Zum ProjektZum Projekt

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.

Zum ProjektZum Projekt

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.

Robotergestützte Kultivierung von Stammzellen