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48 Experimente gleichzeitig

Im «Lab of the future» am Fachgebiet Bioverfahrenstechnik sollen Entwicklungszeiten zur Herstellung von Medikamenten und anderen biologischen Produkten drastisch verkürzt und Kosten extrem gesenkt werden. Möglich wird das durch die vollständige Digitalisierung der Prozesse

Die Entwicklung von neuen Prozessen zur Herstellung von Antibiotika oder Krebsmedikamenten ist langwierig und teuer. «Zehn bis 15 Jahre vergehen heute, bis ein neues Produkt auf dem Markt ist, und Investitionen in Milliardenhöhe sind keine Seltenheit», sagt Prof. Dr. Peter Neubauer, Leiter des Fachgebietes Bioverfahrenstechnik. Er hat deshalb ein Labor entwickelt, in dem er die Entwicklungszeiten drastisch verkürzen und damit die Kosten extrem senken möchte. Der Weg zu diesem Ziel: die Prozesse zur Entwicklung eines innovativen Bioprodukts werden vollständig automatisiert. Manuell durchgeführte Laborarbeiten, selbst die manuelle Planung und Auswertung der Experimente sollen der Vergangenheit angehören. Das «Lab of the future» befindet sich auf dem TU-Campus in der Ackerstrasse in Berlin-Wedding.

Herzstück des Labs sind derzeit zwei Roboter: Einer ist für die gesamte Analytik zuständig, der andere kümmert sich um die Kultivierung der Zellen. Dieser Roboter enthält ein Minibioreaktorsytem mit 48 Kulturgefässen, für die die Kultivierungsbedingungen jeweils einzeln festgelegt werden können. Damit sind 48 voneinander unabhängige Experimente gleichzeitig möglich. Kultivierung und Analytik sind im «Lab oft the Future» nicht mehr zeitlich voneinander getrennt.

Im «Lab of the future» erfolgt das Befüllen der Bioreaktoren mit verschiedenen Substanzen vollautomatisch nach einem zuvor festgelegten Muster. © TU Berlin/PR/Felix Noak

 

Was im «Lab of the future» geschieht, revolutioniert die Bioprozesstechnologie. Zwar werden Roboter bereits heute in Laboren eingesetzt, aber diese «beherrschen» meist nur einen Prozessschritt. Entweder können sie Zellen kultivieren oder Zellen zerstören, um an Inhaltsstoffe heranzukommen, oder sie können Proben analysieren. Der Ansatz von Peter Neubauers Team ist es, all diese Schritte in einem Roboter zu integrieren und diesen durch intelligente Computersysteme zu steuern.

So entwickeln Dr.-Ing. M. Nicolas Cruz Bournazou, Gruppenleiter Computergestützte Bioprozessentwicklung, und Dipl.-Ing. Florian Glauche, Leiter des Zukunftslabors, seit 2012 Werkzeuge, die das Potenzial der Automatisierungstechnik besser ausschöpfen sollen. Es geht ihnen dabei in erster Linie darum, sich von der klassischen Arbeitsweise Versuchsplanung, Durchführung und Auswertung wegzubewegen und die Möglichkeiten des Zusammenspiels von Computer und Roboter besser auszunutzen. Die Anzucht und Analyse von Zellkulturen mittels Robotertechnik gehört in der Industrie zur Routine, jedoch beinhalten diese Experimente lediglich Endpunktmessungen. M. Nicolas Cruz Bournazou und Florian Glauche möchten mehr Informationen aus den einzelnen Experimenten erhalten, um das Wachstum der Zellen und die Synthese des
gewünschten Produktes mathematisch beschreiben zu können. Dafür messen sie während eines Experiments kontinuierlich das Zellwachstum, die Sauerstoffkonzentration und den pH-Wert der Kultur. Zur Steuerung und Auswertung des Experiments haben sie ein Netzwerk aus Programmen entwickelt, dass während der Versuchslaufzeit die vorhandenen Daten auswertet, ein mathematisches Modell daran anpasst und Instruktionen an die Roboter für das nächste Zeitfenster weitergibt. Ein Experiment kann so während der Laufzeit einen völlig anderen Verlauf nehmen, als zu Beginn geplant. Dies macht es möglich, die maximale Menge an Informationen zu gewinnen und damit eine möglichst genaue mathematische Beschreibung des Produktionsprozesses zu erhalten. Dr. Anke Wagner, ebenfalls wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Bioverfahrenstechnik, nutzt das Zukunftslabor für die Produktion von Proteinen, die anschliessend für die Herstellung bioaktiver Substanzen verwendet werden. Bioaktive Substanzen sind in diesem Fall zum Beispiel antivirale Wirkstoffe oder Krebsmedikamente. «Die biologische Synthese neuartiger Wirkstoffe benötigt neuartige Biokatalysatoren. Im Zukunftslabor kann die Produktion einer grossen Zahl an Biokatalysatoren in sehr kurzer Zeit erfolgen. Zahlreiche Parameter des Prozesses können überwacht und ständig optimiert werden», so Anke Wagner. Ausserdem ermöglich das Zukunftslabor die Identifikation neuer Enzymaktivitäten aus hunderten von neuartigen Proteinen, deren Funktion derzeit noch nicht genau bekannt ist.

Robotergreifarm zur Bestückung und Lagerung verschiedener Probenhalterungen. 48 Experimente können im «Lab of the future» gleichzeitig durchgeführt werden. © TU Berlin/PR/Felix Noak

 

«Mit dem Forschungsprojekt «AutoBio‘ begannen wir 2012 unsere Forschungen am Aufbau des «Lab of the future». Es gab damals keine Anlagen, Ansätze oder Arbeiten, die eine Integration und Automatisierung aller Schritte bei der Entwicklung von Bioprozessen zur Herstellung von innovativen Bioprodukten wie etwa Enzyme, die zu therapeutischen Zwecken eingesetzt werden, ermöglichte. Unser Ansatz ist neu und weltweit einmalig. Nach vier Jahren Forschung haben wir jetzt in den EU-Projekten «LeanProt» und «BioRapid» mit unserem «Lab of the Future» einen ersten Beweis erbracht, dass eine vollständige Digitalisierung und Automatisierung in der Bioverfahrenstechnik möglich ist», sagt Prof. Dr. Peter Neubauer.

 

Quelle: www.tu-berlin.de

Aktuell

LANXESS: Matthias L. Wolfgruber zum neuen Vorsitzenden des Aufsichtsrats gewählt

  • Wolfgruber tritt Nachfolge von Dr. Rolf Stomberg an
  • Dr. Rolf Stomberg zum Ehrenvorsitzenden des Aufsichtsrates ernannt
  • Pamela Knapp rückt in den Aufsichtsrat nach

Dr. Matthias L. Wolfgruber (64) ist neuer Aufsichtsratsvorsitzender der LANXESS AG. In seiner konstituierenden Sitzung wählte der Aufsichtsrat des Spezialchemie-Konzerns den promovierten Chemiker und ehemaligen Vorstandsvorsitzenden der Altana AG zum Nachfolger von Dr. Rolf Stomberg (78), der sein Mandat mit Ablauf der heutigen Hauptversammlung beendet hat. Wolfgruber gehört dem Kontrollgremium als Vertreter der Aktionäre bereits seit 2015 an.

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Breites Themenspektrum unter einem Dach

SECURITE LAUSANNE 2018 und FORUM SECURITE 2018

Vom 14. bis 16. November 2018 wird die SECURITE LAUSANNE zum Treffpunkt der Westschweizer Sicherheitsbranche. Ein zentraler Bestandteil der Messe ist das kostenlose FORUM SECURITE mit seinen qualitativ sehr hochstehenden Vortragsreihen.

Die Fachmesse SECURITE LAUSANNE hat ihren hohen Stellenwert für die Westschweiz mehrmals unterstrichen und geniesst die volle Anerkennung der Sicherheitsbranche in der Romandie. Bei der letzten Austragung im Jahr 2016 lockte sie rund 2300 Fachbesucher und Forum-Teilnehmer an. Auch für den November 2018 ist die Messe voll auf Kurs. Die wichtigsten Branchenverbände unterstützen die SECURITE LAUSANNE massgeblich und bereits haben sich rund 40 Aussteller angemeldet, darunter mehrere Key-Player und verschiedene Neuaussteller. So wird die SECURITE LAUSANNE 2018 wieder alle Messethemen umfassend abdecken können und ist in den Agenden der Westschweizer Sicherheitsexperten ein Pflichttermin.

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Erneute Rekordzahl an Master-Abschlüssen in Life Sciences

Dieses Jahr verzeichnet die ZHAW in Wädenswil mit 74 Master-Titeln in Life Sciences eine erneute Steigerung an Abschlüssen. 28 Frauen und 46 Männer konnten am 25. Mai 2018 ihr Diplom für das konsekutive Masterstudium entgegennehme

Das dreisemestrige Studium schliesst mit dem international anerkannten Titel «Master of Science ZFH in Life Sciences» ab. Der Titel wird ergänzt durch eine der vier möglichen Vertiefungsrichtungen: Pharmaceutical Biotechnology, Chemistry for the Life Sciences, Food and Beverage Innovation, Natural Resource Sciences. Seit letztem Jahr haben 74  Studierende erfolgreich eine Master-Thesis verfasst und dafür das Diplom erlangt. Die Festansprache an der Diplomfeier hielt Prof.em. Dr. Christian Wandrey, ehemaliger Leiter des deutschen Instituts für Biotechnologie am Forschungs­zentrum Jülich (Helmholtz Zentrum, Deutschland).

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