Laborautomatisierung Mit dem Liquid-Handling-Automat zu mehr Effizienz im Genomik-Labor

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Die Automatisierung schreitet unaufhörlich voran, auch im Labor. Für den Bereich der Life Science hat SPT Labtech eine Liquid Handling Station entwickelt, die komplexe Workflows wie Next Generation Sequencing durchführt. Im LP-exklusiven Interview verrät Field Application Scientist Manager Jose Couto, was die Automationslösung so besonders macht und wie sie den Arbeitsalltag in Genomiklaboren erleichtern kann.

Alle reden davon, jeder Hersteller will die beste Lösung dafür haben – doch wie weit ist das Labor 4.0 wirklich schon in der Realität angekommen, Herr Couto?

Jose Couto: Zu Beginn sollten wir uns die Definition von Labor 4.0 nochmal vor Augen führen. Das Labor 4.0 kennzeichnet die Integration innovativer Automatisierungs- und Digitalisierungstechnologien, um klassische Labore in vernetzte, intelligente und datengesteuerte Zukunftslabore zu transformieren.

Wir sehen bereits die Entwicklung und die Implementierung von verschiedenen Technologien, die die Arbeitsweise von Laboren revolutioniert. Dies umfasst unter anderem Technologien im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz (KI) einschließlich dem Teilbereich maschinelles Lernen (ML), Big Data, Cloud-Computing, Automation und Robotik. Der Entwicklungsprozess variiert jedoch je nach Region und Branche. Viele Labore entscheiden sich immer häufiger, wiederkehrende Routineaufgaben zu automatisieren. Werden manuelle Abläufe in automatische Prozesse überführt, können Betriebsabläufe optimiert und Ressourcen effizienter genutzt werden. Die Praxis zeigt, dass Labore ihre Produktivität und ihren Durchsatz damit erheblich steigern können. Mithilfe der Digitalisierung erhalten Labormitarbeiter ein umfassenderes Verständnis von ihren Daten und können basierend darauf fundierte Entscheidungen treffen.

Doch hier gibt es noch viel zu tun. Bekanntermaßen liegt es in der Natur der Wissenschaft, ständig nach neuen Lösungsansätzen zu forschen, um den Anforderungen gerecht zu werden. In Zukunft werden wir also noch weitere Entwicklungen im Hinblick auf eine vollständige End-to-End-Automatisierung im Labor sehen, die es uns ermöglicht, Forschung weiter zu beschleunigen.

Was sind besondere Herausforderungen bei der Automatisierung von Prozessen im Labor?

Die Implementierung jedes neuen Systems im Labor erfordert zu Beginn immer den Einsatz von Geld, Zeit und Ressourcen – so auch die Automatisierung. Ein durchdachtes Automatisierungskonzept verbessert die Wirtschaftlichkeit im Labor, indem Prozesse optimiert, die Effizienz gesteigert und menschliche Fehlerquellen reduziert werden. Diese Vorteile, die sich mit den automatischen Laborprozessen realisieren lassen, können die anfänglichen Kosten decken und im weiteren Verlauf zu erheblichen Einsparungen führen.

In Abhängigkeit von der Komplexität der Automatisierungssysteme, müssen in einem entsprechenden Umfang Zeit und Ressourcen für die Schulung der Labormitarbeiter eingeplant werden, um das gesamte Nutzungspotential der Systeme ausschöpfen zu können.

Laborstellfläche kann bei der Einführung automatischer Systeme eine Herausforderung sein. Möchte man mehr als einen Prozess automatisieren, kann der Platzbedarf für die erforderlichen Geräte erheblich sein. Die Optimierung und das Management der verfügbaren Stellfläche sind hier sehr entscheidend.

Mit der Liquid-Handling-Lösung „Firefly“ hat SPT Labtech ein neues Gerät auf den Markt gebracht, das die Laborarbeit erleichtern soll. Was steckt hinter dem Gerät?

Firefly ist unsere neue all-in-one Liquid-Handling-Lösung, die wir speziell zur Automatisierung genomischer Applikationen entwickelt haben. Sie vereint Operationen wie Pipettieren, Dispensieren, Inkubieren und Schütteln. Die Plattform verfügt über alle notwendigen Funktionen, die für die Automatisierung einer Vielzahl von Liquid-Handling Workflows relevant sind, wie für eine Next Generation Sequencing (NGS) Library Prep oder für ein PCR-Setup. Die kleine Grundfläche des Geräts hilft dabei, wertvolle Laborstellfläche effizient zu nutzen.

Der 384-Kanal-Pipettierkopf kann Flüssigkeiten aus 96- oder 384-Well-Platten gleichzeitig oder auch einzelne und mehrere Spalten mit 8- bzw 16-Strips übertragen. Ein Greifer bewegt die Labware je nach Protokoll zu verschiedenen Deckpositionen, einem Magnetblock, einem Schüttler oder zu einer Heiz- bzw Kühlposition. Damit wird die Hands-on-Zeit deutlich reduziert und die Mitarbeiter können sich anderen Aufgaben widmen.

Einen Überblick zu den Funktionen und Applikationsbeispielen von Firefly gibt dieses Video:

Was kann das Gerät, was andere Liquid-Handling-Systeme nicht können?

Das Dispensieren mit Firefly beruht auf einer Positive Displacement Technologie. Sie ermöglicht ein präzises und schnelles Dispensieren von unterschiedlichen Flüssigkeitsarten in einem Volumenbereich von Nanoliter bis Milliliter, irrelevant ob es sich um sehr flüchtige, zähflüssige oder spezielle Reagenzien wie magnetische Beads handelt. Da die Parameter für den Flüssigkeitstransfer nicht angepasst werden müssen, lassen sich neue Protokolle sehr viel schneller etablieren.

Firefly vereint die Funktionen von verschiedenen Geräten. Dadurch können komplexe Protokolle wie eine automatisierte NGS Library Prep auch auf einer kleinen Laborstellfläche durchgeführt werden. Das neue Instrument wird über einen Touchscreen bedient, der an der Vorderseite des Systems angebracht ist und somit keine zusätzliche Stellfläche für einen Computer beansprucht.

Im Besonderen unterscheidet sich der Firefly von anderen Liquid-Handling-Instrumenten durch seine Anwenderfreundlichkeit. Die intuitive Software vereinfacht die Entwicklung und Ausführung von Protokollen deutlich. Bei diesem Instrument muss man kein Programmierexperte sein, um von den Vorteilen der Laborautomatisierung zu profitieren.

Wie profitieren Anwender im Labor von dem neuen Liquid Handling System?

Mit der all-in-one Liquid-Handling-Plattform können Nutzer ihre Genomik-Workflows vereinfachen und den Arbeitsaufwand im Labor reduzieren. Wiederkehrende und manuelle Routineaufgaben werden durch automatische Prozesse ersetzt und beschleunigt, sodass die Effizienz und der Durchsatz im Labor signifikant gesteigert werden kann. Wissenschaftler können ihre Zeit somit wertschöpfenderen Aufgaben widmen, beispielsweise der Versuchsplanung und der Datenanalyse.

Mithilfe der Cloud-Sharing-Funktion können Protokolle einfach standardisiert werden. Forscher können jederzeit – an jedem Ort auf einem beliebigen Tablet oder Laptop und ausgestattet mit der notwendigen Software – Protokolle erstellen und an ausgewählte Anwender weiterleiten. Selbst wenn Mitarbeiter in verschiedenen Organisationen oder an verschiedenen Standorten tätig sind, lässt sich sicherstellen, dass Experimente einheitlich durchgeführt werden. Dies verbessert die Qualität, Konsistenz und Zuverlässigkeit der Daten und minimiert zugleich das Risiko menschlicher Fehler.

Firefly ermöglicht auch die Miniaturisierung von Experimenten, ohne die Genauigkeit der Daten negativ zu beeinflussen. Indem man das Volumen je Reaktion reduziert, können teure Reagenzien und Proben für mehr Experimente genutzt werden. Labore können infolgedessen mit dem gleichen Budget mehr Daten generieren.

Welche Weiterentwicklungen des Liquid-Handling-Gerätes sind geplant bzw. schon umgesetzt?

Wir haben uns zum Ziel gesetzt, mit unseren Technologien die Forschung im Bereich Life Science zu fördern. Daher arbeiten wir mit Pharma- und Biotechnologieunternehmen zusammen und unterstützen sie mithilfe neuer Automatisierungstechnologien dabei, ihre Forschungsergebnisse zu beschleunigen. Mit dem Einsatz von Firefly können Genomiklabore teure Proben effizienter verarbeiten und Ressourcen für komplexere Laboraufgaben freisetzen, zum Beispiel für Workflows zur Kontrolle von Pathogenen. Bisherige Rückmeldungen von Anwendern haben uns motiviert, ein Erweiterungsmodul zu entwickeln, das mit einem on-Deck Thermocycler ausgestattet ist. Damit können auch PCR-Reaktionen als Teil eines automatisierten Protokolls auf dem Firefly integriert werden. Außerdem ergänzen wir weitere Pipettenspitzen- und Labware-Kapazitäten, um noch komplexere End-to-End-Prozesse ohne den Eingriff von Mitarbeitern abbilden zu können.

Zur Person: Jose Couto

Jose Couto ist seit November 2021 für SPT Labtech tätig.

Als EU Field Application Scientist Manager leitet er ein Team von Wissenschaftlern und unterstützt einen wachsenden Kundenstamm in Europa. In dieser Position arbeitet er eng mit dem Produktmanagement, Service, Vertrieb und Marketing zusammen. Er bringt nahezu 20 Jahre Erfahrung im Bereich Laborautomatisierung und Liquid Handling mit, einschließlich umfangreicher Kenntnisse hinsichtlich der Integration von Systemen, Kundensupport und Verkauf sowie mit der Entwicklung von Applikationen.

Zu den Produktinformationen

Weitere Informationen zu der Liquid-Handling-Station gibt es auf der Seite des Herstellers: www.sptlabtech.com/products/firefly

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