Flexibles Handlingsystem für alle Transporte innerhalb der Plattform

Roboter automatisiert Stammzellenforschung

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Im Pilotprojekt Stemcelldiscovery beim Fraunhofer IPT werden in einer automatisierten Anlage Stammzellen erforscht und kultiviert. Dreh- und Angelpunkt der Anlage: ein Denso-Roboter.

Die Stammzellforschung spielt bei der Entwicklung neuartiger Wirkstoffe eine wichtige Rolle. Mit Stemcelldiscovery werden in einer automatisierten Anlage mithilfe eines VS-087 Roboters neue Wege in der Kultivierung von Stammzellen beschritten. Grundlage sind reife MSC-Stammzellen, die aus dem Gewebe erwachsener Menschen gewonnen werden und sich daher im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen ethisch vertretbar isolieren lassen. Diese Stammzellen sind dank ihrer besonderen Eigenschaften für die regenerative Zelltherapie hochinteressant, denn sie können viele neue Zelltypen bilden, andere Zellen zum Wachstum anregen und positiv auf das Immunsystem eines Menschen einwirken.

„Die Kultivierung dieser Zellen dauert allerdings lange und ist arbeitsintensiv“, berichtet Michael Kulik, der das Projekt am Aachener Fraunhofer IPT als Gruppenleiter betreut. „Wir arbeiten mit Zellen vieler verschiedener Spender, die natürlich unterschiedlichste biologische Merkmale aufweisen. Zudem wird bei manuell erstellten Zellkulturen die Variabilität oft dadurch verstärkt, dass Handhabungsabläufe unterschiedlich durchgeführt werden.“ Das erhöht das Fehlerrisiko und erschwert die Reproduzierbarkeit. Nicht zuletzt sind Zellkulturen lebendes Material, so dass eine Reinraum-Umgebung entscheidend ist und besondere Anforderungen an die Geräte gestellt werden.

Diese Herausforderungen soll nun die Stemcelldiscovery lösen – eine voll automatisierte und geschlossene, aber flexibel agierende Plattform für die Kultivierung von Stammzellen bis zur Generierung experimenteller Daten. Eine zentrale Funktion übernimmt der VS-087: Er fungiert als flexible Handlingeinheit für alle Transporte innerhalb der Plattform, so transportiert er Zellkulturen in Multitierplatten und Falcon Tubes zwischen den einzelnen Prozessier- sowie Messgeräten und positioniert dies hochpräzise; diese Genauigkeit ist insbesondere am Mikroskop wichtig, wo das Zellkulturgefäß zusätzlich vom Roboter umgriffen wird, um dieses in die Halterung einzusetzen.

Die Flexibilität des Roboters bewährt sich auch beim Transportieren von Pipettenspitzen vom Magazin zur Liquid Handling Unit. Darüber hinaus übernimmt er alternativ das Shaken der Kulturen: Hierbei schwenkt der Roboter die Zellprodukte stets mit derselben Geschwindigkeit und Bewegung, denn durch ungleichmäßige Bewegung kann es passieren, dass Zellen sich an den Rändern festsetzen und so zu einem veränderten Wachstum führen.

Die Forschergruppe entschied sich für den VS-087, weil er reinraumtauglich sowie dank kompakter Bauweise platzsparend ist. Vor allem aber lässt er sich leicht integrieren und programmieren, und die leichte Integrierbarkeit spielte aufgrund des Zusammenspiels höchst unterschiedlicher Geräte eine entscheidende Rolle. „Uns war eine hohe Flexibilität des Gesamtsystems wichtig“, berichtet Sven Jung, wissenschaftlicher Mitarbeiter. „Deshalb haben wir eine dienstbasierte, flexibel konfigurierbare Prozess-Software entwickelt, die alle Abläufe kontrolliert und adaptiv auf diese reagieren kann.“

Für den User sind alle Geräte – vom Mikroskop über den Inkubator bis zum VS-087 – über eine intuitive grafische Benutzeroberfläche steuerbar. Die Software ist in der Programmiersprache C# geschrieben, mit der man komplexe logische Zusammenhänge abstrahieren und eine objektorientierte Programmierung realisieren kann. Da trifft es sich gut, dass sich die RC8 Robotersteuerung dank der ORiN2 Schnittstelle per C# ansteuern lässt.

Denso Robotics

www.densorobotics-europe.com

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