Estudio de caso muestra: Robots en la producción de nanopartículas – confiables, rápidos y seguros

Estudio de caso »Síntesis de partículas asistida por robots« muestra ventajas en tareas rutinarias. © Fraunhofer ISC / Caso de estudio de síntesis de partículas robótica muestra ventajas en tareas rutinarias. © Fraunhofer ISC

Lo que en el laboratorio suele llevar horas, causar largas esperas y generar muchas fuentes de error, ahora puede ser realizado por un robot en menos tiempo, bien documentado digitalmente y con alta reproducibilidad. La automatización de procesos de síntesis para nanopartículas puede ser un hito para el uso de nuevos productos médicos terapéuticos y diagnósticos, además de aumentar la seguridad laboral y aliviar al personal de laboratorio altamente cualificado de rutinas monótonas.

Desde hace tiempo se predice que los nanodiagnósticos y nanoterapéuticos biofuncionalizados jugarán un papel prácticamente revolucionario en la futura lucha contra enfermedades graves, como el cáncer, por ejemplo. Las nanopartículas funcionales con propiedades ópticas o magnéticas específicas, superficies biofuncionales para detectar antígenos y/o carga de fármacos, están experimentando una demanda cada vez mayor en biomedicina. Sin embargo, para su uso regular como productos médicos, deben cumplir con estrictos requisitos. Es especialmente importante que las nanopartículas sean reproducibles de manera fiable con las propiedades deseadas. Para ello, se necesita un proceso de producción robusto y preciso, que cumpla con estándares internacionales, que sea escalable, idealmente económico y también controlable en todo momento, para garantizar la máxima calidad.

En contraste, están los procesos de síntesis y procesamiento generalmente manuales, que se llevan a cabo en laboratorios altamente especializados a pequeña escala. Incluso con especialistas muy experimentados, pueden ocurrir desviaciones o interpretaciones diferentes de los protocolos de síntesis. Para producir nanopartículas a mayor escala, a menudo se deben realizar rutinas consecutivas, lo que también conlleva riesgos de errores. Además, las normativas de documentación exigen un registro cuidadoso de todos los detalles relevantes de producción, lo que también requiere tiempo de trabajo adicional.

El Instituto Fraunhofer para la Investigación de Silicatos ISC ha visto aquí el potencial para la automatización de la síntesis de partículas, como un instituto de investigación de materiales con experiencia. En el marco del proyecto conjunto APRONA, financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF), ya se han desarrollado y puesto en marcha protocolos de síntesis para un proceso de producción completamente automatizado y controlado por robot.

Tras finalizar el proyecto APRONA, el sistema fue probado por los socios Fraunhofer ISC y Goldfuß engineering GmbH en un estudio de caso, en comparación directa con personal de laboratorio experimentado. Realizaron las mismas síntesis que el robot de laboratorio de forma manual. Como sistema de referencia, se eligieron partículas de sílice con un diámetro de 275 nanómetros, que también se utilizan como base en diagnósticos o con fines terapéuticos. La síntesis manual fue realizada según un Procedimiento Operativo Estándar (SOP) definido, por tres empleados de laboratorio con experiencia. La misma SOP sirvió también como base para el protocolo de síntesis del robot de dos brazos. Se evaluaron el tiempo para completar todo el proceso de síntesis, la distribución de tamaños de las partículas y la reproducibilidad o desviación respecto a los valores objetivo en el tamaño de las partículas y la polidispersidad, que se refiere a la variedad de propiedades de las partículas en una solución de síntesis. Después, el «Colega Robot» obtuvo mejores resultados en los tres aspectos: los lotes de partículas producidos automáticamente mostraron desviaciones absolutas menores y menor polidispersidad en relación con las propiedades deseadas. Además, el robot solo necesitó aproximadamente la mitad del tiempo para la producción. La fabricación asistida por robot también ofrece otras ventajas: se mejora la seguridad laboral, ya que se evita un contacto directo entre el humano y los productos químicos durante la síntesis. La documentación se realiza de forma automatizada y digital, lo cual es fundamental para el registro y análisis en bases de datos, así como para la regulación.

Es evidente que una síntesis de partículas automatizada no solo es posible, sino también económicamente interesante. La planta construida por Fraunhofer ISC y Goldfuß es además modular y puede adaptarse con flexibilidad a nuevas tareas. Una buena noticia no solo para fabricantes comerciales y proveedores de partículas para diagnósticos y medios de contraste, sino también para la investigación médica y el desarrollo de productos médicos.