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Bioprozess-Plattform-Software Ein großer Schritt zur umfassenden Bioprozessentwicklung

Autor / Redakteur: Nicole Stichling, Tony Allman* / Dr. Ilka Ottleben

Eine erfolgreiche Bioprozessoptimierung benötigt heute weitaus mehr als noch vor einigen Jahren für möglich gehalten worden wäre. Eine neue Bioprozess-Plattform-Software will nun Bioprozesse in ganzheitlicher Form abbilden und dabei hohe Flexibilität und Einfachheit bieten.

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Abb. 1: Mit der Plattform-Software für Bioprozesse Eve können Bioprozesse in Bioreaktoren (hier Multifors 2) und Schüttelinkubatoren unabhängig vom Gerätehersteller angebunden und gesteuert werden. Eve integriert Workflows, Geräte, Bioprozesswissen und Big Data in einer Plattform, mit der sich Projekte jeglicher Komplexität webbasiert organisieren lassen.
Abb. 1: Mit der Plattform-Software für Bioprozesse Eve können Bioprozesse in Bioreaktoren (hier Multifors 2) und Schüttelinkubatoren unabhängig vom Gerätehersteller angebunden und gesteuert werden. Eve integriert Workflows, Geräte, Bioprozesswissen und Big Data in einer Plattform, mit der sich Projekte jeglicher Komplexität webbasiert organisieren lassen.
(Bild: Infors HT)

Die über die Zeit stetig gewachsene Bioprozesskomplexität stellt den Nutzer vor viele neue Herausforderungen: die Bedienung einer Vielzahl an Geräten verschiedenster Hersteller erfolgt mit diversen Software-Produkten unterschiedlichster Handhabung, das Bioprozessdatenaufkommen wächst stetig und die Datenhaltung sowie der -transfer zwischen verschiedenen Systemen ähnelt einer Gratwanderung, um nur einige Punkte zu nennen.

Um diese und viele weitere alltägliche Herausforderungen von Bioprozessnutzern zu adressieren, hat Bioprozesstechnik-Spezialist Infors HT kürzlich die Plattform-Software für Bioprozesse Eve lanciert. Sie bietet allen Nutzern – vom einzelnen Forscher bis hin zu großen Forschergruppen, vom Einsteiger bis zum erfahrenen Nutzer – ein komplettes, zentrales Ablagesystem mit sämtlichen Informationen, die für einen erfolgreichen Bioprozess erforderlich sind.

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Bioprozess-Plattform-Software – Workflows im Fokus

Die Workflows sind dabei das Schlüsselkonzept: Der Nutzer wird durch die notwendigen Schritte geführt und entwickelt somit ein Experiment gemäß der Bioprozesstechnik-Denkweise. Trotz der intuitiv bedienbaren Benutzeroberfläche verfügen die Batch-Strategien über ausgeklügelte Elemente und komplexe Funktionen.

Die Skalierbarkeit der Bioprozess-Plattform-Software ist durch die modulare und daher flexible Art gegeben, womit sowohl die akademische als auch die industrielle Nutzung abgedeckt ist. Ein alternatives Modell für Software als Serviceleistung sowie der modulare Ansatz für Zusatzfunktionen setzt die Eintrittsbarriere für das System zudem weit herab.

Die Software wird einmalig auf einem lokalen Computer (Server) installiert und ist dann via Netzwerk mithilfe einer modernen, intuitiven Benutzeroberfläche im Web­browser zugänglich. Mehrere Benutzer können gleichzeitig auf Eve zugreifen, ebenso können Kombinationen aus Bioreaktoren und Inkubationsschüttlern mit einer einzigen Instanz der Software verknüpft werden. Mit Eve Core haben Anwender von Bioreaktoren und Inkubationsschüttlern Zugriff auf grundlegende Funktionalitäten wie Messdatenerfassung sowie deren grafische Darstellung und Analyse. Damit wird die gesamte Bioprozessentwicklung sowie das Scale-Up bis zum Produktionsprozess planbar, kontrollierbar, auswertbar und dokumentierbar.

Die Erweiterung von Eve Core um das Package Eve Plan & Control bringt zahlreiche weitere Vorteile wie etwa die Fernsteuerung des Bioreaktors oder Schüttlers, die Planung von Einzel- oder Mehrfachexperimenten, den Vergleich von Batches sowie die Realisierung von komplexen Übergängen zwischen den verschiedenen Phasen des Bioprozesses.

Eve kann Excel-, CSV- und Bioprozess-Daten importieren. Des Weiteren stellt die Software den neuen Standard für den Import als auch Export von Batch-Dateien dar. Da sie webbasiert funktioniert, ist ein Informationsaustausch innerhalb einer Arbeitsgruppe oder gar eines ganzen Unternehmens mühelos möglich. Abgeschlossene Batches können als Rezepte gespeichert oder in unterschiedlichen Formaten, z.B. dem CSV-Format, exportiert und dann mit zahlreichen externen Programmen verwendet werden. Der Nutzer kann zudem Medien- und Reagenzien-Rezepte sowie Details zu den verwendeten Organismen speichern und berechnete Parameter für Softsensoren wie den Respiratorischen Quotienten (RQ) heranziehen.

Vorteile der Bioprozess-Plattform-Software auf einen Blick

Welche Vorteile bietet der Ansatz von Eve dem Forscher also konkret?

  • Ganzheitliche Betrachtung des Bioprozesses anstelle einfacher protokollierter Daten und simpler Kontrollstrategien: Die integrierte Betrachtung der Gesamterfordernisse eines Batches, d.h. des gesamten Bereiches der experimentellen Planung beinhaltet neben Elementen wie dem Logbuch und Offline-Probeneingabe auch eine Medien-, Organismen- und Rezeptdatenverwaltung. Die Optimierung von Medien, Organismen und Fütterungsstrategien ist damit sehr einfach zu bewerkstelligen und nachzuvollziehen.
  • Bioprozesssoftware spielend bedienen: In Eve führen intuitive, zusammen mit Experten optimierte Workflows schrittweise, interaktiv und so einfach wie möglich durch die Versuchsplanung.
  • Flexibilität und unkomplizierter Zugang: Die Nutzung von Anwendungen innerhalb eines Webbrowsers als echte Alternative zu herkömmlicher Software ermöglicht dem Nutzer den Zugriff auf die Software von jedem System aus mit einem kompatiblen Webbrowser (einschließlich Mac, Linux und Windows). Dadurch ist der zeitgleiche Zugang mehrerer Nutzer ohne zeitliche und geografische Beschränkungen möglich.
  • Qualitativ und quantitativ verbesserte Interaktion mit Big Data: Große Datenmengen benötigen neue Lösungen für deren Speicherung und Analyse. Die Datenspeicherung unter Verwendung von NoSQL-Datenbanken („not only SQL“) erfüllt den Bedarf einer leistungsstarken und skalierbaren Speicherungslösung und ist zudem für den blitzschnellen Abruf aktueller wie historischer Prozessdaten optimiert.
  • Modularität: Die Anforderungen der Nutzer werden immer unterschiedlicher. Ein für alle gleiches „Universalkonzept“ kann unnötige Zusatzkosten bedeuten und die Software mit ungenutzten Funktionen aufblähen. Viel sinnvoller ist ein essenzieller Kern, der je nach Anforderung mit Zusatzfunktionen erweitert werden kann. Die von den Eve-Paketen bereitgestellten Funktionen werden dabei nahtlos in die gewohnte Bedienoberfläche und in die Workflows integriert, sodass Schnittstellen zu überladener Software von Dritt­anbietern obsolet werden.
  • Anzeige und Analyse der Batch-Daten: Die Erstellung von mehrfachen Grafikansichten, Vergleiche zwischen Echtzeit- und Archiv-Daten sowie der einfache Export von Grafiken und Daten liefert dem Nutzer eine Vielzahl von Funktionen.
  • Softsensoren (Software-Sensoren) sind in der Lage, anhand mitgelieferter Modelle oder nutzerdefinierter Algorithmen, Live-Informationen aus Bioprozessdaten zu errechnen. Genau diese Tools bedeuten eine neue Dimension in der Bioprozesskontrolle. Entwicklung und Modifikation von Softsensoren sowie einzigartige Kontrollstrategien werden für den Nutzer als kurze, einfache Prozesse implementiert.
  • Mit den neuesten Softwaretechnologien entwickelt: Das Einrichten der Kommunikation eines Bioreaktors mit der Bioprozesssoftware war früher ein zeitaufwändiges und technisch oftmals schwieriges Unterfangen. Die zügige Weiterentwicklung der Software und die damit verbundene Möglichkeit, neue Features integrieren zu können, machen diesen Prozess nun intelligent und hochautomatisiert.

* Dr. N. Stichling, Dr. T. Allman: Infors AG, 4103 Bottmingen, Schweiz

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