Biotechnologie | Eine Anlage des Fraunhofer PAMB automatisiert erstmals die Kryokonservierung von Zellen – ein Schritt in Richtung vollautomatisiertes Labor.
Die erste Anlage, die Zellkulturen selbstständig bearbeiten und auf kleinem Raum tiefkühlen kann, haben Forscher der Fraunhofer-Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie (PAMB) in Mannheim entwickelt: den Cryomat. Zellproben vollautomatisch katalogisieren, Lösungen pipettieren, durchmischen, umfüllen und einfrieren, all das geschieht autonom. Dadurch haben die Laboranten Zeit für andere Aufgaben – der „Cryomat“ schickte eine SMS, sobald der Job erledigt ist.
Automatisierte Laborarbeit ist noch weitgehend technologisches Neuland, denn die Abläufe sind komplex. „Der Kunde, ein skandinavisches Pharmaunternehmen, hatte ganz konkrete Vorstellungen“, erzählt Christian Reis, Leiter der Gruppe Bioprozesstechnik am PAMB. „Er wollte eine vollautomatisierte Anlage, die Zellkulturen bearbeiten und auf die Lagerung in flüssigem Stickstoff vorbereiten kann. Die Anlage sollte außerdem schnell sein und wenig Platz benötigen.“ Die Automatisierung sei in Zellkulturlaboren aber noch lange nicht so weit fortgeschritten wie im Automobilbau. Bei der Entwicklung und Produktion neuer Wirkstoffe seien viele Schritte noch Handarbeit.
Nun ist das Einfrieren lebender Zellen nicht trivial. Würde man die Proben einfach in den Tiefkühlschrank stecken, würden sich Eiskristalle bilden, die die Membranen zerstören. Um Schäden zu verhindern, muss die Nährlösung zunächst durch Frostschutzmittel ersetzt werden.
Die Anlage schafft das ohne menschliches Zutun: Sie erkennt die Barcodes auf den Zellkulturgefäßen, liest sie aus und katalogisiert sie, sortiert die Probengefäße, pipettiert die Proben, füllt sie um, schließt die Gefäße und transportiert sie in den kleinen Tiefkühlschrank bei – 80 °C.
Die Forscher reisten mehrmals von Mannheim nach Skandinavien und schauten den Mitarbeitern des Pharmakonzerns auf die Finger, um die Prozesskette analysieren. „Wir konnten nur zum Teil bestehende Technologien nutzen. Aber es gab zum Beispiel keinen Pipettierautomaten, der mit Volumina von 10 Millilitern und Zellkulturflaschen arbeiten kann, den mussten wir neu entwickeln“, erinnert sich Reis. All das zahlte sich aus: Nach eineinhalb Jahren Entwicklungsarbeit können Zellproben nun automatisch kryokonserviert werden.
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