iCellFactory
Motivation
Die Herstellung individualisierter biologischer Zellprodukte eröffnet neue Chancen in der Medizin. Es existiert dabei eine Vielzahl an Methoden und Varianten. Alle diese Laborprozesse eint dabei, dass sie komplex, kaum standardisiert und abhängig vom Wissen der Labormitarbeiterinnen und -mitarbeiter sind. Dies führt zu schwankender Produktqualität sowie, aufgrund der häufig manuellen Ausführung, zu einer geringen Ausbeute bei hohen Kosten. Erschwert wird die automatisierte Ausführung der betreffenden Laborprotokolle noch durch eine hohe, schwer vorherzusagende, Produktvariabilität. All diese Umstände müssen von einer Automationslösung miteinbezogen werden.
Zielsetzung
Die iCellFactory zielt auf die Erstellung einer Plattform zur schnellen Entwicklung und Evaluation automatisierter Kultivierungs- und Differenzierungsprozesse von induzierten pluripotenten Stammzellen ab. Die Infrastruktur, in Form eines Reinraumes sowie die Steuerungssoftware zur schnellen Integration verschiedener Laborgeräte sowie zur Prozessadaption, wird durch die iCellFactory bereitgestellt. Außerdem soll eine domänenspezifische Beschreibungssprache zur automatisierungsgerechten Definition der verwendeten Laborprotokolle entwickelt werden.
Vorgehensweise
Zunächst erfolgt eine Modellierung des aktuellen Systemzustandes enthaltene Laborgeräte, Ablageorte der verschiedenen Kulturgefäße, Disposables, et cetera mittels Linked Data. Die Gerätebestückung der iCellFactory besteht dabei aus einem Roboter zum Transport verschiedener Gefäße, einem Liquid Handler, einem Inkubator und einem Lagerbereich. Anschließend wird eine Methodik zur Modellierung von Gerätefähigkeiten und deren Einbindung in das Datenmodell erstellt. Die Fähigkeiten der enthaltenen Geräte werden exemplarisch modelliert. Der nächste Schritt ist die Entwicklung der automatisierten Ablaufplanung auf Basis des aktuellen Systemzustandes und der Gerätefähigkeiten. Das Ergebnis dieser Planung ist eine Abfolge von Befehlen an die Einzelgeräte zur Überführung der iCellFactory vom aktuellen Zustand in einen definierten Sollzustand. Zuletzt erfolgt das Scheduling mehrerer paralleler Abläufe, die bei der Durchführung unterschiedlicher Laborprozesse unweigerlich entstehen.
Danksagung
Wir möchten der Deutschen Forschungsgesellschaft für ihre Unterstützung beim Aufbau der iCellFactory, im Rahmen einer Förderung (Art. 91b GG), danken.