Un laboratorio sin personas

En KIWI Biolab, uno de los laboratorios líderes en el mundo en el desarrollo de procesos biológicos, se utiliza un sistema de 48 biorreactores integrado en un robot de laboratorio, que permite la cultivo paralelo y la supervisión automatizada de procesos biológicos bajo condiciones controladas.

Suena un poco a ciencia ficción: Un laboratorio que puede planificar, realizar y evaluar sus experimentos de manera autónoma. En el que robots controlados por computadoras e inteligencia artificial (IA) trabajan junto con equipos de análisis de última generación. Y en el que ya no es necesario que una persona pase noches enteras alimentando células y manteniendo los experimentos en marcha. Sin embargo, eso es exactamente lo que se ha convertido en realidad en el Biolabor KIWI del TU Berlín. Los desarrolladores del laboratorio de alta tecnología totalmente automatizado compartirán su conocimiento en el nuevo centro de investigación «El Hombre Simulado» (Si-M) de TU Berlín y Charité – Medicina Universitaria de Berlín.

«Siempre me ha interesado cómo se pueden llevar rápidamente a la práctica nuevos procesos biológicos», dice el Prof. Dr. Peter Neubauer, quien dirige el departamento de Ingeniería de Procesos Biológicos en TU Berlín. El cofundador y director del Biolabor KIWI es microbiólogo de formación. Por lo tanto, primero se planteó estas preguntas principalmente en relación con bacterias, levaduras y hongos: ¿Cómo mantener mejor estos organismos en biorreactores? Y de modo que no solo se reproduzcan y prosperen, sino que también produzcan sustancias valiosas como proteínas específicas para la industria farmacéutica.

Encontrar una respuesta a esto no es nada fácil. Porque los pequeños fabricantes reaccionan a menudo de manera muy fuerte a su entorno. En un experimento de laboratorio a escala de mililitros, pueden comportarse perfectamente. Pero eso no significa que hagan lo mismo en un biorreactor con unos cuantos cientos de metros cúbicos de contenido. Por lo tanto, antes de su uso industrial, hay que averiguar en qué condiciones los diferentes organismos pueden realizar mejor la tarea deseada.

Trabajo automatizado en el laboratorio

Las modelizaciones pueden proporcionar indicios. ¿Qué tan rápido crece un organismo? ¿Cuánta sustancia consume en ese proceso? Estos y muchos otros parámetros son recopilados por Peter Neubauer y su equipo en fórmulas matemáticas. En la computadora, luego se puede comparar cómo se desarrollan diferentes variantes de un proceso y cuál de ellas produce los mejores resultados.

«Pero también podemos vincular estos modelos matemáticos con robots y equipos de análisis», explica Peter Neubauer. De esta manera, se puede organizar y automatizar digitalmente el trabajo en el laboratorio. Un tipo de robot, por ejemplo, aspira a ciertas horas unos pocos mililitros de líquido del biorreactor. Otro de sus colegas móviles transporta la muestra a un dispositivo de medición que analiza sus propiedades. Para que esto funcione, los ayudantes técnicos deben coordinar su trabajo de manera que cada uno haga lo correcto en el momento adecuado. «Para ello, necesitamos programas informáticos extensos», dice Peter Neubauer.

Extremadamente interesante para la industria farmacéutica

Pero el esfuerzo vale la pena. El Biolabor KIWI ya forma parte de los laboratorios líderes en todo el mundo en el desarrollo de procesos biológicos. Gracias al uso de modelos matemáticos e inteligencia artificial, allí se pueden realizar experimentos complejos de forma totalmente automatizada. La IA decide, por ejemplo, cuándo es conveniente tomar una muestra y luego inicia los pasos necesarios. Se asegura de que a los organismos en el biorreactor no les falte nada, mantiene automáticamente la temperatura, el pH y otros factores en el rango óptimo. De este modo, controla el proceso para que entregue una mayor cosecha o una calidad específica del producto deseado. Incluso detecta cuándo un experimento no va bien, para que pueda ser cancelado, repetido o modificado.

«Todo esto es, por ejemplo, extremadamente interesante para la industria farmacéutica», dice Peter Neubauer. ¿Vale la pena avanzar con un nuevo producto desde el laboratorio hacia la aplicación? ¿Cuál de varios candidatos posibles es el más prometedor? ¿Y cómo será posteriormente el proceso óptimo para la producción? Estas preguntas se pueden responder mucho más rápido y de manera más eficiente en el Biolabor KIWI que en un laboratorio convencional.

Mercado de datos para la industria biotecnológica

No es de extrañar que Peter Neubauer y su equipo colaboren en muchos proyectos con fabricantes de medicamentos. «El desarrollo de un nuevo medicamento cuesta en promedio 2,5 mil millones de dólares y dura entre diez y quince años», dice el investigador. Cada experimento superfluo, cada día ahorrado, beneficia tanto a pacientes como a empresas por igual.

Desde la industria también se planteó un nuevo desafío para el grupo del TU. «Hasta ahora, nos hemos enfocado principalmente en procesos en los que juegan un papel los microorganismos», explica Peter Neubauer. «Pero también existe un gran interés en procedimientos similares para cultivos celulares». Precisamente con esto trabajará en el futuro su grupo en el centro de investigación Si-M, en el que colaboran TU Berlín y Charité – Medicina Universitaria de Berlín.

Otro foco será el desarrollo de un mercado de datos para la industria biotecnológica: ¿Qué información hay que recopilar en un experimento para que pueda ser reproducido? ¿Cómo deben presentarse y ofrecerse los datos para que otros puedan entenderlos y utilizarlos? El equipo ha acumulado mucha experiencia en estas cuestiones a lo largo de los años.

«Desde mi punto de vista, no somos un grupo central en el Si-M», señala el científico. Por eso, solo un pequeño número de sus miembros se trasladará gradualmente al nuevo centro de investigación. «Pero nuestras competencias son interesantes para muchos grupos que allí trabajan». Porque los robots y la IA probablemente jugarán un papel cada vez más importante en otros laboratorios en el futuro. Y para que estos ayudantes técnicos funcionen como deben, aún queda mucho trabajo para Peter Neubauer y su equipo.

El centro de investigación El Hombre Simulado (Si-M)

El 22 de abril de 2026, cuatro años después de la colocación de la primera piedra, abrirán las puertas del edificio de cinco pisos «El Hombre Simulado». En el campus de Berlín-Wedding, en el futuro, médicos, científicos de la naturaleza y de la ingeniería de muchas disciplinas de TU Berlín y Charité – Medicina Universitaria de Berlín colaborarán estrechamente para desarrollar nuevos enfoques terapéuticos y diagnósticos para enfermedades. La bioanálisis, las tecnologías de organoides y los métodos de medición celular están entre las áreas de trabajo, junto con genética de células individuales, bioinformática, automatización y tecnología médica, muchas veces entrelazadas con otras disciplinas y clústeres de excelencia. Se pretende que miniórganos artificiales, hechos con células humanas y del tamaño de un chip, reemplacen los experimentos con animales; mediante la unión de proteínas que interactúan entre sí, se podrán hacer visibles procesos celulares hasta ahora desconocidos.

Desde el punto de vista arquitectónico, en el edificio del Si-M se ha diseñado un ambiente de trabajo integrador y un diálogo planificado con el público: en el atrio central, luminoso, con cafetería y auditorio redondo, se eleva imponente una escalera abierta que llega hasta arriba. Desde allí, se accede a laboratorios amplios llenos de tecnología avanzada como espectrometría de masas, bioimpresión, microscopía de escaneo láser y otros.

Más información:

El departamento de Ingeniería Biomédica también estará representado en el nuevo centro de investigación berlinés «El Hombre Simulado» con su investigación en organoides. Aquí puede leer sobre la investigación del Prof. Dr. Sina Bartfeld.