Trends und Überblick zur ELRIG-Konferenz „Robotics and Automation“ Geboostert durch Pandemie: Labore zunehmend automatisiert

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Robotik, Künstliche Intelligenz und Automatisierungstechnik geboostert durch die Pandemie: Auf der ELRIG-Konferenz „Robotics and Automation“ diskutierten Experten im Dezember 2022 wie der Weg vom Laboren hin zur durchgängigen Automatisierung gelingt.

Frage unter Experten der Laborautomatisierung: Was würden Sie zuerst im Labor automatisieren, wenn Sie nur ein geringes Budget zur Verfügung hätten? Antwort: Ich würde da anfangen, wo man schnell die größten Erfolge erzielen kann. Das ist beim Ersetzen einfacher und zeitfressender manueller Tätigkeiten beim Pipettieren und Dispensieren durch leistungsfähige Automatisierungslösungen. Gut ausgebildete Laboranten bekommen dadurch mehr Zeit für kreative und wichtigere Tätigkeiten.

So lautet der Tipp von Andreas Traube vom Fraunhofer-Institut in Stuttgart an Professor Michelangelo Canzoneri von Merck auf der ELRIG-Dezemberkonferenz „Robotics and Automation“ im Festo TechnologieCenter in Esslingen bei Stuttgart. Immer mehr Laborbetreiber erkennen die Vorteile der Automatisierung in punkto Geschwindigkeit, Qualität und Effizienz. Bestes Beispiel für eine Automatisierungslösung: Die Handhabungsanlagen PurePrep TTR und TTS für die Probenvorbereitung von PCR-Tests, die das niederländische Unternehmen Molgen entwickelt hat.

Enormer Durchsatz möglich

PurePrep TTR und TTS handhaben automatisiert Flüssigkeiten mit einem Durchsatz von 320 Proben pro Stunde, indem sie schnell, präzise und zuverlässig Flüssigkeiten aus Probenfläschchen auf Deep Well-Mikrotiterplatten übertragen. „Dabei unterstützen uns Mehrachsportale und Pipettiersysteme unserer Automatisierungspartners Festo und Synchron mit zuverlässigen Handhabungslösungen“, erklärt Niels Kruize, Geschäftsführer von Molgen. Der enorme Durchsatz sei mit Laborassistenten trotz ihrer guten Ausbildung und selbst mit viel Berufserfahrung keinesfalls zu schaffen, so Kruize. Dank der Automatisierung dieser Prozessschritte könnte das hoch qualifizierte Laborpersonal bei anspruchsvolleren Aufgaben viel besser eingesetzt werden, beispielsweise bei der Analyse der Testergebnisse.

„Während weltweit die Menschen im Zuge der Covid-19-Pandemie litten, profitierten wir paradoxerweise davon: Den Aufstieg des Unternehmens von einem Start-up mit drei Mitarbeitern in 2018 zu einem mittelständischen Anlagenbauer mit 135 Beschäftigen und Filialen in den USA und Großbritannien verdanken wir der immensen Nachfrage nach PCR-Tests, deren hoher Durchsatz sich nur mit Automatisierungstechnologie realisieren ließ“, so Kruize. Dieses Wachstum zeigt, wie erfolgreich die Automatisierung von Laborprozessen ist.

200.000 PCR-Tests täglich

Ähnlich war der Anstoß für das neue, hochmoderne Rosalind Franklin Labor in Großbritannien. „Das Labor verarbeitet täglich mehr als 200.000 COVID-19-Proben, um die Ausbreitung des Virus zu stoppen. Als Teil des NHS-Test- und Rückverfolgungsnetzes der UKHSA ist die Einrichtung die größte ihrer Art in Europa. Sie nutzt modernste Technologie, um noch mehr Tests zu verarbeiten“, schwärmt dessen Direktor Dr. Robert Howes von den enormen Laborkapazitäten. In den kommenden Monaten wird die Einrichtung den bahnbrechenden neuen Genom-Test einführen, um besorgniserregende Varianten und neue Mutationen schnell zu identifizieren.

Während sich die Automatisierung in biologischen Laboren infolge der Corona-Pandemie mit ihrer immensen Nachfrage nach PCR-Tests immer weiter durchsetzt, steckt sie bei chemischen Laboren aufgrund der höheren Komplexität, was die Parameter wie etwa Temperatur oder pH-Werte angeht, noch in den Kinderschuhen. Bisher beschränkt sich die Automatisierung auf wenige Tischgeräte mit geringer Verkettung der Prozessschritte. Doch führende Pharmahersteller arbeiten schon an Lösungen, die auf Künstlicher Intelligenz basieren.

Arzneimittel in der Hälfte der Zeit entwickeln

Leuchtturmprojekte sind das iLAB von AstraZeneca in Göteborg oder das Lab 4.0 von Boehringer Ingelheim. Künstliche Intelligenz (KI), Automatisierung und Robotik verändern dabei die Art und Weise, wie AstraZeneca neue Medikamente entdeckt und entwickelt. Beispielsweise wird die Entdeckung von Arzneimitteln mit kleinen Molekülen durch mehrere Iterationen des DMTA-Zyklus vorangetrieben.

Dazu gehören der Entwurf völlig neuer Moleküle, ihre Herstellung durch chemische Synthese, ihre Prüfung in einer Reihe von biologischen Tests und die Analyse der erzielten Verbesserungen, bevor die nächste Runde des Entwurfs beginnt. Dieser langwierige und zeitaufwändige Prozess wird mit KI, Automatisierung und Robotik wesentlich beschleunigt. „Unser Ziel ist es, potenzielle Arzneimittelkandidaten in der Hälfte der heute benötigten Zeit zu identifizieren“, erklärt Dr. Michael Kossenjans, Leiter des iLAB bei AstraZeneca im schwedischen Göteborg.

Im Lab 4.0 von Boehringer Ingelheim sollen kürzere Zykluszeiten und bessere Qualitätsdaten mit dem Konzept des papierlosen Labors erreicht werden. „Wir nutzen Augmented Reality-Ansätze wie Hololens oder Anleitungen auf Tablets und erreichen damit Assisted Pipetting. Labormitarbeiter lassen sich mit moderner AR-Software beim Pipettieren unterstützen“, erläutert Dr. Andreas Luippold, Leiter der Forschungsgruppe Discovery Sciences Technologies bei Boehringer Ingelheim diesen hochinnovativen Ansatz der Laborarbeit.

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