48 Experimentos simultáneamente

En el "Labor del futuro" se realiza el llenado de los biorreactores con diferentes sustancias de forma totalmente automática según un patrón previamente establecido. (© TU Berlin/PR/Felix Noak)

En el "Laboratorio del futuro" se pueden realizar 48 experimentos simultáneamente. (© TU Berlín/PR/Felix Noak)

El jefe de laboratorio Florian Glauche utiliza un soporte de muestras con soluciones que se llenan en los biorreactores. (© TU Berlin/PR/Felix Noak)

Brazo robotizado para la manipulación y almacenamiento de diferentes soportes de muestras y dispositivo de medición para la evaluación completamente automática de los experimentos en curso (derecha). (© TU Berlín/PR/Felix Noak)

Brazo robotizado para la manipulación y almacenamiento de diferentes soportes de muestras. Se pueden realizar 48 experimentos simultáneamente en el "Laboratorio del futuro". (© TU Berlín/PR/Felix Noak)

En el «Labor del futuro» del Fachgebiet Bioverfahrenstechnik se pretende reducir drásticamente los tiempos de desarrollo para la producción de medicamentos y otros productos biológicos, así como disminuir los costos de manera extrema. Esto es posible gracias a la digitalización completa de los procesos.

El desarrollo de nuevos procesos para la fabricación de antibióticos o medicamentos contra el cáncer es largo y costoso. «Hoy en día, pasan de diez a quince años hasta que un nuevo producto llega al mercado, y las inversiones en miles de millones no son raras», dice el Prof. Dr. Peter Neubauer, director del Fachgebiet Bioverfahrenstechnik. Por ello, ha desarrollado un laboratorio en el que desea reducir drásticamente los tiempos de desarrollo y, con ello, los costos. El camino hacia este objetivo: los procesos para el desarrollo de un producto biológico innovador se automatizan completamente. Los trabajos de laboratorio realizados manualmente, incluso la planificación y evaluación manual de los experimentos, deben quedar en el pasado. El «Labor del futuro» se encuentra en el campus de la TU en la Ackerstraße en Berlín-Wedding.

El corazón del laboratorio son actualmente dos robots: uno se encarga de toda la analítica, y el otro de la cultivo de las células. Este robot contiene un sistema de mini biorreactores con 48 vasos de cultivo, en los que se pueden establecer condiciones de cultivo individualmente. Esto permite realizar 48 experimentos independientes simultáneamente. La cultivo y la analítica ya no están separadas en el «Labor del futuro».

Lo que sucede en el «Labor del futuro» revoluciona la biotecnología de procesos. Aunque ya se utilizan robots en laboratorios hoy en día, estos «dominan» generalmente solo un paso del proceso. Pueden cultivar o destruir células para obtener ingredientes, o analizar muestras. La propuesta del equipo de Peter Neubauer es integrar todos estos pasos en un solo robot y controlarlo mediante sistemas informáticos inteligentes.

Desde 2012, el Dr.-Ing. M. Nicolas Cruz Bournazou, líder del grupo de Desarrollo de Bioprocesos Asistido por Computadora, y el Dipl.-Ing. Florian Glauche, director del laboratorio del futuro, desarrollan herramientas que buscan aprovechar mejor el potencial de la automatización. Su principal objetivo es alejarse de la forma clásica de planear, ejecutar y evaluar experimentos, y aprovechar mejor las posibilidades de la interacción entre ordenadores y robots. La cría y análisis de cultivos celulares mediante tecnología robótica ya es rutina en la industria, pero estos experimentos solo incluyen mediciones en puntos finales. M. Nicolas Cruz Bournazou y Florian Glauche quieren obtener más información de cada experimento para poder describir matemáticamente el crecimiento celular y la síntesis del producto deseado. Para ello, miden continuamente durante un experimento el crecimiento celular, la concentración de oxígeno y el pH de la cultura. Para el control y la evaluación del experimento, han desarrollado una red de programas que, durante la duración del experimento, analiza los datos disponibles, ajusta un modelo matemático y envía instrucciones a los robots para el siguiente intervalo de tiempo. De esta forma, un experimento puede tomar un curso completamente diferente al planificado inicialmente. Esto permite obtener la máxima cantidad de información y, así, una descripción matemática del proceso de producción lo más precisa posible. La Dra. Anke Wagner, también investigadora en el Fachgebiet Bioverfahrenstechnik, utiliza el laboratorio del futuro para la producción de proteínas que luego se emplean en la fabricación de sustancias bioactivas. Las sustancias bioactivas en este caso son, por ejemplo, agentes antivirales o medicamentos contra el cáncer. «La síntesis biológica de nuevos compuestos requiere bio-catalizadores novedosos. En el laboratorio del futuro, se puede producir una gran cantidad de bio-catalizadores en muy poco tiempo. Se pueden monitorizar y optimizar continuamente numerosos parámetros del proceso», explica Anke Wagner. Además, el laboratorio del futuro permite identificar nuevas actividades enzimáticas a partir de cientos de proteínas novedosas, cuya función aún no se conoce con precisión.

«Con el proyecto de investigación «AutoBio» comenzamos en 2012 nuestra investigación en la construcción del «Labor del futuro». En ese momento, no existían instalaciones, enfoques o trabajos que permitieran la integración y automatización de todos los pasos en el desarrollo de bioprocesos para la producción de productos biológicos innovadores, como enzimas utilizadas con fines terapéuticos. Nuestro enfoque es nuevo y único en el mundo. Tras cuatro años de investigación, ahora, en los proyectos de la UE «LeanProt» y «BioRapid», hemos demostrado con nuestro «Labor del futuro» que la digitalización y automatización completas en la biotecnología de procesos son posibles», afirma el Prof. Dr. Peter Neubauer.