Étude de cas montre : Robots dans la production de nanoparticules – fiables, rapides et sûrs

Étude de cas »Synthèse de particules assistée par robot« montre les avantages pour les tâches routinières. © Fraunhofer ISC / Étude de cas sur la synthèse de particules robotisée montre des avantages dans les tâches de routine. © Fraunhofer ISC

Ce qui prenait auparavant des heures en laboratoire, engendrant de longues périodes d’attente et de nombreuses sources d’erreur, est désormais réalisé par un robot en un temps réduit, bien documenté numériquement et avec une grande reproductibilité. L’automatisation des processus de synthèse pour les nanoparticules peut constituer une étape importante pour l’utilisation de nouveaux dispositifs médicaux thérapeutiques et diagnostiques – tout en augmentant la sécurité au travail et en déchargeant le personnel de laboratoire hautement qualifié des routines monotones.

Les nanodiagnostics et nanothérapeutiques biofonctionnalisés sont depuis un certain temps considérés comme jouant un rôle presque révolutionnaire dans la lutte future contre des maladies graves telles que le cancer. Les nanoparticules fonctionnelles avec des propriétés optiques ou magnétiques spécifiques, des surfaces biofonctionnelles pour la reconnaissance d’antigènes et/ou le chargement de principes actifs connaissent en effet une demande croissante en biomédecine. Cependant, pour une utilisation régulière en tant que dispositifs médicaux, elles doivent répondre à des exigences strictes. L’aspect essentiel ici est la reproductibilité fiable des nanoparticules avec les propriétés souhaitées. Pour cela, un processus de production robuste et précis selon des normes internationales est nécessaire, qui doit être scalable, idéalement peu coûteux et également contrôlable à tout moment, afin de garantir la qualité maximale.  

En face, il y a les processus de synthèse et de traitement généralement manuels, réalisés à petite échelle dans des laboratoires hautement spécialisés. Même chez des spécialistes très expérimentés, il peut arriver que des écarts ou des interprétations différentes des protocoles de synthèse se produisent. Si l’on souhaite produire des nanoparticules à plus grande échelle, il faut souvent suivre plusieurs routines successives, ce qui comporte également des risques d’erreur. De plus, les réglementations en matière de documentation exigent une saisie minutieuse de tous les détails de production pertinents, ce qui demande aussi du temps de travail.

L’Institut Fraunhofer pour la recherche sur la silice ISC a perçu ici le potentiel d’automatiser la synthèse des particules en tant qu’institut de recherche sur les matériaux expérimenté. Dans le cadre du projet collaboratif APRONA, financé par le ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF), des protocoles de synthèse pour un processus de production entièrement automatisé et robotisé ont déjà été développés et mis en œuvre.

Après la fin du projet APRONA, le système a été testé par les partenaires Fraunhofer ISC et Goldfuß engineering GmbH dans une étude de cas en comparaison directe avec des équipes de laboratoire expérimentées. Ils ont effectué manuellement les mêmes synthèses que le robot de laboratoire. Comme système modèle, des particules de silice d’un diamètre de 275 nanomètres ont été choisies, comme celles qui servent également de base pour le diagnostic ou à des fins thérapeutiques. La synthèse manuelle a été réalisée selon une procédure opérationnelle standard (SOP) définie par trois employés de laboratoire expérimentés. La même SOP a également servi de base au protocole de synthèse du robot à deux bras. La durée de la procédure complète de synthèse, la distribution de taille des particules ainsi que la reproductibilité ou la déviation par rapport aux valeurs cibles en termes de taille de particules et de polydispersité – c’est-à-dire la gamme des propriétés des particules dans une solution de synthèse – ont été évaluées. Ensuite, « Collègue Robot » a obtenu de meilleurs résultats dans les trois domaines : les lots de particules produits automatiquement présentaient une déviation absolue plus faible ainsi qu’une polydispersité moindre par rapport aux propriétés souhaitées. De plus, le robot n’a nécessité qu’environ la moitié du temps pour la fabrication. En outre, la fabrication robotisée offre d’autres avantages. La sécurité au travail est améliorée, car le contact direct entre l’homme et la chimie lors de la synthèse est encore mieux évité. La documentation est automatisée et numérique, ce qui est extrêmement important pour l’enregistrement et l’analyse dans des bases de données ainsi que pour la réglementation.

Il est donc évident qu’une synthèse automatisée de particules n’est pas seulement possible, mais aussi économiquement intéressante. L’installation mise en place par Fraunhofer ISC et Goldfuß est en outre modulaire et peut donc être adaptée de manière flexible à de nouvelles tâches. Une bonne nouvelle non seulement pour les fabricants commerciaux et les fournisseurs de particules pour le diagnostic, les agents de contraste, mais aussi pour la recherche médicale et le développement de dispositifs médicaux.