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Digitalisierung Das Labor zukunftsfähig machen

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Visionen vom Labor der Zukunft gibt es viele. Gemeinsam haben alle, dass Software und Prozesse große Rollen spielen. Labforward entwickelt und vertreibt mit Labfolder ein elektronisches Laborbuch, und mit der Vernetzungslösung Laboperator schafft es die Voraussetzung für moderne Laborprozesse.

Der Connectivity Space von Labforward in Berlin
Der Connectivity Space von Labforward in Berlin
(Bild: Labforward)

Wenn sich Dr. Simon Bungers an seine Promotionszeit am Max-Planck-Institut in Göttingen erinnert dann ist er sich sicher, dass sein zukünftiger Berufsweg schon vorgezeichnet war: „Wenn meine Kommilitonen sich über Mikroskope gebeugt haben, um mit Papier und Bleistift Zellen auszuzählen, dann war mir klar, dass das auch einfacher gehen musste.“ Mithilfe selbstgeschriebener Skripte gelang es ihm, solche Aufgaben zu automatisieren. Gemeinsam mit seinem Kommilitonen Dr. Florian Hauer und dem Software-Entwickler Mathias Schäffner ging Bungers dann noch einen Schritt weiter. Sie gründeten 2013 das Unternehmen Labfolder.

„Unsere Vision war es, Wissenschaftler mit einem digitalen Laborbuch auszustatten, dass es ihnen ermöglicht, ihre Forschungsarbeit schneller und besser durchzuführen und zu organisieren. Sie sollten nicht mehr auf oft unlesbare Informationen in zerfledderten Laborkladden angewiesen sein,“ beschreibt Bungers den Startschuss für das eigene Unternehmen. In den Jahren seit der Gründung haben sie mit Labfolder ein digitales Laborbuch (ELN, engl. Electronic Laboratory Notebook) entwickelt, das mittlerweile von mehr als 50.000 Wissenschaftlern in über 21 Ländern eingesetzt wird. Der Einsatz eines solchen ELNs ist für Laboratorien ein entscheidender Schritt zur Digitalisierung. Wichtig war es aus Bungers Sicht immer, dass sich das Datenmanagement im Labor verbessert, denn nur so gelinge eine effiziente und zukunftsorientierte Forschung. Die derzeitige Situation in Laboratorien ist allerdings häufig eine andere.

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Datenhandling: eine Bestandsaufnahme

Wie sieht es aktuell in einem typischen Labor aus? Ist alles digitalisiert und auf Effizienz ausgerichtet oder gibt es an verschiedenen Stellen noch Optimierungsbedarf? „Im Labor werden Daten erzeugt. Sie sind also quasi die Produkte des Labors. Aus diesem Grund sollte die Logistik des Labors auf optimale Datensammlung, -verwaltung und -verarbeitung abgestimmt werden. Das ist derzeit in vielen Laboratorien aber keine Realität“, ist Bungers überzeugt. Das klassische Labor versteht sich als eine Ansammlung von Arbeitsplätzen und Instrumenten, auf die eingehende Proben verteilt werden, um die vorgesehenen Analysen oder individuelle Experimente durchzuführen. Die Dokumentation der Ergebnisse wird in verschiedener Form, z.B. als Analyseberichte, nachträglich aus den verschiedenen Daten und Aufzeichnungen mehr oder weniger von Hand zusammengefügt.

Anwender müssen den Nutzen erkennen, erst dann gelingt die digitale Transformation.

Dr. Simon Bungers, CEO von Labforward

Im Labor der Zukunft sollten daher vor allem integrierte Prozesse im Vordergrund stehen, bei denen eine enge Verzahnung von einzelnen Arbeitsschritten und den dazugehörigen Geräten Labormitarbeitern eine echte Erleichterung versprechen sollen. Die Forderung von Bungers: „Nicht nur die Dokumentation im Labor muss digitalisiert werden, für zukunftsgerichtete Forschung müssen auch die Prozesse automatisiert werden.“ Viele Trends dazu sind bereits seit einiger Zeit in Laboren zu beobachten: Die automatische Erfassung von Proben und die automatische Durchführung und Dokumentation einschließlich der autonomen Erzeugung von Reports ist in einigen hochautomatisierten Laboren bereits heute zu finden. Die strukturierte Datenerhebung in einem menschen- und maschinenlesbaren Format ermöglicht dabei mittelfristig auch einen besseren Datenaustausch. Das ist in vielen Konstellationen wichtig: Große Pharmakonzerne sind getrieben, ihre Prozesse z.B. in der Qualitätskontrolle zu standardisieren und erzeugte Daten vergleichbar und so zu strukturieren, dass sie für intelligente Algorithmen effizient zu verarbeiten sind. Auch in der Kooperation zwischen Industrie und universitärer Forschung sowie zwischen Pharmakonzernen und Biotech-Startups spielt dies eine Rolle: Kooperationen sind effizienter, wenn beide Partner eine verständliche Datensprache sprechen.In der nahen Zukunft kann ein weiterer sprunghafter Anstieg der Innovationen in der Digitalisierung, Automatisierung und Virtualisierung der Laborumgebung erwartet werden. Ein wichtiger Treiber für die Beschleunigung der Innovationen ist, wie in anderen Bereichen auch, die Etablierung von einheitlichen Standards. Sowohl auf Seiten der Standardisierung von Messdaten als auch bei der Gerätesteuerung gibt es vielversprechende Initiativen, deren Anwendung stetig wächst.

Hier seien nur zwei aus der Vielzahl derzeit eingesetzter genannt: der SiLA-Standard (Standardization in Lab Automation) der Schweizer Association Consortium Standardization in Lab Automation und der LADS-Standard (Laboratory and Analytical Device Standard), den ein Firmenkonsortium unter Führung des Spectaris-Verbandes auf Basis des Industriestandards OPC UA (Open Platform Communications Unifed Architecture) entwickelt hat. Ob am Ende einer der beiden oder doch ein ganz anderer Standard im Labor führend sein wird, ist für Bungers nicht wirklich entscheidend: „Ich habe lieber zwei Standards als keinen und wir versuchen mit unseren Produkten möglichst offen nach allen Richtungen zu sein.“ Damit Labforward aber eng an der Entwicklung solcher Standards mitarbeiten kann, entschied man sich 2019 zu einer Fusion mit einem anderen jungen Start-Up.

Fusion von Labfolder mit Cubuslab

Ein wichtiger Meilenstein in der noch jungen Unternehmensgeschichte war der Zusammenschluss mit dem Unternehmen Cubuslab im Jahr 2019. Das im März 2015 aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ausgegründete Start-up hat eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, Laborgeräte von der Feinwaage bis zum analytischen Messgerät miteinander zu vernetzen. Die Cubuslab-Produkte zusammen mit den Stärken von Labfolder ebneten dem daraus entstehenden Unternehmen Labforward den Weg für einen wichtige strategische Fortentwicklung. „Ein Prozess im Labor hat drei grundlegende Schritte: Planung, Durchführung und Dokumentation”, erklärt Bungers. „Mit Labfolder sind wir in der Dokumentation verankert, dort, wo alle Daten zusammenlaufen; mit der Cubuslab-Plattform und den Daten von Laborgeräten vereinfachen und potenzieren wir die Zuläufe.”

Die Idee, die Kompetenzen beider Unternehmen zu vereinen, entstand schon Ende 2017. „Als Alumni des Merck Accelerator Programms haben wir auf einer von Merck in Dubai organisierten Konferenz zusammen einen Vortrag gehalten”, erzählt Julian Lübke, Cubuslab-Mitgründer und derzeit Director of Platform and Product bei Labforward. „Wir haben damals nach unserem Vortrag schon gescherzt, dass wir uns eigentlich zusammenschließen müssten. Im folgenden Jahr haben wir dann in so vielen Projekten zusammengearbeitet, dass die wirklich riesigen Vorteile der Kooperation für beide Parteien deutlich zu Tage getreten sind und aus der anfänglichen Idee wurde Ernst.” Die beiden Unternehmen agieren seitdem unter dem gemeinsamen Labforward-Dach, was für Bungers zahlreiche Vorteile bringt: „Mit Labfolder haben wir den klassischen Bottom-up-Ansatz gewählt, d.h. der Wissenschaftler kann als Einzelperson das ELN nutzen, ohne dass Prozesse im Labor geändert werden müssen. Unser Laboperator richtet sich derzeit eher an Big Pharma, die komplette Laborworkflows verändern und digitalisieren wollen.” Laboperator ermöglicht die Anbindung beliebiger Laborgeräte unabhängig von Hersteller oder Schnittstelle, um so eine verbesserte Dokumentation und digitalisierte Laborprozesse zu gewährleisten. Ein verbreiteter Einsatz der Lösung ist auch im GMP-Bereich, da Zugriff auf Geräte und andere Ressourcen dediziert geregelt und die Verarbeitung, Speicherung und Weiterleitung der Daten genauestens kontrolliert werden kann. Der Audit Trail umfasst so den gesamten Prozess von Nutzer, Probennummer und Geräte-IDs bis hin zu den Analysedaten und kann von Auditoren nach verschiedenen Ereignissen gefiltert werden.

Neben Laboperator und Labfolder bietet das Unternehmen seit 2021 als drittes Produkt Labregister an. Mit Labregister können Laboranwender ihre Proben, Materialien und Reagenzien in einer Datenbank organisieren. Die Labregister-App ist ein Bestandteil des digitalen Laborbuches Labfolder. „Mit diesen Lösungen können Anwender einen großen Schritt in eine digitalisierte Zukunft ihres Labors machen”, ist Bungers überzeugt. Allerdings betont er auch, dass in der Vergangenheit in vielen Digitalisierungs- und Automatisierungsprojekten viel aus Fehlern gelernt wurde. „Es ist nicht nötig, immer wieder das technisch Machbare zu zeigen. Viel wichtiger ist es, dem Anwender den klaren Nutzen einer fortschrittlichen Digitalisierung für seine tägliche Arbeit zu zeigen.” Damit sich Interessierte ein Bild von automatisierten Laborprozessen machen können und was heute bereits möglich ist, hat sich Labforward in diesem Jahr auf den beiden großen Messen Analytica und Achema engagiert. Gemeinsam mit anderen Industriepartnern hat man auf zwei Sonderschauen demonstriert, wie z.B. cobot-assistierte Arbeitsprozesse für die Probenvorbereitung aussehen und welche Vorteile die digitalisierte Überwachung bei der Lagerung von Gefahrstoffen mit sich bringt. „Solche realen Erlebnisse bringen für die zukünftige Labordigitalisierung und für das Verständnis beim Anwender extrem viel”, sagt Bungers.

Eröffnung des Connectivity-Space-Labor

Damit solche realen Erlebnisse der Laborautomation aber nicht auf einige wenige Messetage beschränkt sind, hat Labforward zusammen mit den Partnern essentim, FLUICS, Smart Lab Architects, SmartLab Solutions, Waldner Laboreinrichtungen, Düperthal Sicherheitstechnik, bAhead, Antibodies Online, 2mag und Better Basic Laborbedarf den Connectivity Space Berlin eröffnet. Im Juni 2021 wurde das Labor in nur einer Woche gestaltet und eingerichtet. In einem Hackathon wurden von den Partnern Geräte, Sensoren und Softwarelösungen integriert, um eine neue Plattform-Perspektive auf das Thema Labortechnik zu ermöglichen.

„Es ist enorm, was man erreichen kann, wenn man an einem Ort zusammenkommt, miteinander spricht und so erreicht, dass auch die Technik besser miteinander kommunizieren kann.” so Matthias Schuh, Mitgründer und CEO des Smart-Sensorik Anbieters essentim. „Da sowohl Labforward als auch wir Web-Datenstandards verwenden, können wir jetzt die Daten unserer Sensorlösung in Echtzeit in Laboperator, der Lab Execution und Monitoring Software von Labforward anzeigen.“ Das Resultat sind flexibel gestaltbare, GxP-einsatzfähige Lab-Dashboards, die Labormitarbeitern und Auditoren jederzeit aktuelle oder historische Verläufe von Temperatur, CO2-Gehalt und weiteren Umweltparametern in Räumen, Kühlsystemen oder Inkubatoren anzeigen und die sich als Bericht zusammenstellen lassen. essentim und Labforward planen nun ein gemeinsames Angebot für das Sensor-Dashboard, zusätzliche Produkt- und Vertriebskooperationen zwischen weiteren Partnern sind in der Planung.

Die Mission von Labforward bleibt aber die gleiche wie zum Unternehmensstart vor fast zehn Jahren, sagt Gründer Bungers: „Wir wollen Laborteams auf der ganzen Welt in ihrem Bestreben unterstützen, bahnbrechende Entdeckungen zu machen und qualitativ hochwertige Produkte zu liefern.“

Das Unternehmen Labforward

Labforward bietet digitale Werkzeuge für das Labor an. Zu den Produkten gehören das elektronische Labornotizbuch (ELN) Labfolder und die Internet-of-Things (IoT)-Plattform Laboperator. Labforward ist im Mai 2019 aus dem Zusammenschluss der labfolder GmbH und der cubuslab GmbH hervorgegangen. Labfolder wurde 2013 von Simon Bungers (CEO) und dem Biophysiker Florian Hauer (CPO) gegründet und später von Yannick Skop (COO) und Mario Russo (CTO) ergänzt. Dominic Lütjohann und Julian Lübke, die 2015 die cubuslab GmbH gründeten, stießen als Mitbegründer und Leiter des Produkts Laboperator zum Labforward-Team.

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