Progetto AutoRAPID in dirittura d'arrivo: Ordine di prova riuscito a Erlangen

Prof. Jochen Guck (a sinistra) e il Dr. Jens Langjürgen (a destra) ispezionano la struttura del progetto AutoRAPID. © MPL/Foto: Susanne Veiezens, MPL

Il progetto AutoRAPID combina la conoscenza delle misurazioni biofisiche del MPL con l'expertise tecnica degli scienziati dell'IPA nell'automazione dei processi. © MPL/Foto: Susanne Veiezens, MPL

La misurazione completamente automatizzata delle proprietà biofisiche di centinaia di campioni cellulari in pochi giorni è l'obiettivo del progetto di cooperazione »AutoRAPID«, a cui collaborano trasversalmente scienziati dell'Istituto Max-Planck per la Fisica della Luce (MPL) di Erlangen e dell'Istituto Fraunhofer per la Tecnologia della Produzione e l'Automazione IPA di Mannheim. A tal fine, i ricercatori hanno per la prima volta assemblato con successo i singoli componenti dei biofisici e degli ingegneri dell'automazione a Erlangen.

Ricercatori del dipartimento di Optomeccanica Biologica del MPL, sotto la guida del Prof. Jochen Guck, hanno sviluppato un metodo di misurazione biofisica che consente di caratterizzare individualmente un gran numero di cellule con una velocità di misurazione di 100 a 1000 cellule al secondo. In questo modo, ad esempio, possono dimostrare che le proprietà biomeccaniche di cellule patologicamente alterate differiscono significativamente da quelle sane. Il metodo di misurazione sviluppato appositamente, chiamato «Rapid physical phenotyping in deformational flow» – in italiano «Fenotipizzazione fisica rapida in flusso deformazionale» – abbreviato in «RAPID», non è solo il nome del progetto, ma anche il suo programma: si tratta di accelerare al massimo la velocità di misurazione. L'obiettivo del progetto AutoRAPID è trasformare il metodo di misurazione microfluido in un sistema di analisi completamente automatizzato e validato.

In questo processo, le cellule scorrono attraverso un sistema di canali largo solo pochi decimi di millimetro, per testare la deformabilità delle cellule. A lungo termine, i ricercatori mirano a misurare gli effetti di parametri variabili, ad esempio dei farmaci, sulle proprietà fisiche delle cellule, e a utilizzare questa conoscenza per approcci terapeutici. Ora, la configurazione integrata è stata installata per la prima volta a Erlangen e il funzionamento dell'automazione del processo, dalla raccolta del campione alle tecniche di analisi ottica, è stato verificato.

Prototipo per l'automazione della misurazione biofisica delle cellule pienamente funzionante

Le singole componenti del progetto AutoRAPID sono state assemblate con successo in un sistema comune tramite un ordine di prova condiviso dai due gruppi di ricerca e sottoposte a test di funzionamento. L'expertise metodologica nella misurazione proviene dal team di ricerca del Prof. Jochen Guck, direttore del MPL.

Nel sistema specifico, il microchip fluido sviluppato appositamente viene combinato con metodi di misurazione ottica. I ricercatori possono analizzare le proprietà fisiche delle cellule attraverso un sistema di flusso accuratamente progettato e focalizzare le misurazioni in base alle esigenze.

Il team dell'Istituto Fraunhofer IPA, guidato dal Dr.-Ing. Jens Langejürgen, responsabile delle Tecnologie di Salute Clinica a Mannheim, contribuisce con la propria competenza nell'automazione dei processi. Mentre la misurazione manuale tradizionale di un campione richiede fino a 30 minuti di preparazione, nel nuovo processo automatizzato di AutoRAPID è possibile analizzare fino a 96 campioni in un giorno. Dalla raccolta e riempimento del microchip con un robot pipettatore, fino al controllo del sistema di tre pompe e all'analisi del campione, tutti i passaggi del processo sono programmabili in modo completamente automatico. Un ulteriore vantaggio è rappresentato dal nuovo metodo di pulizia integrato di AutoRAPID: il chip monouso precedente viene sostituito da un modulo di misurazione riutilizzabile e fisso.

Il progetto AutoRAPID, pianificato per quattro anni di durata, si trova ora nel terzo anno (di ricerca) e sta entrando nella fase finale decisiva. Entro la fine del 2024, i ricercatori intendono dimostrare uno strumento di misurazione validato che esegue automaticamente migliaia di misurazioni. Jochen Guck si esprime con ottimismo: «È fantastico vedere come un obiettivo a lungo pianificato diventa finalmente tangibile. Presto potremo condurre serie di misurazioni che fino a poco tempo fa erano completamente impensabili». Nel prossimo passo, il metodo di analisi automatica sarà testato in pratica e sottoposto a verifiche quotidiane. Jens Langejürgen è entusiasta: «Grazie alla collaborazione eccellente in questo progetto, siamo riusciti rapidamente a creare una configurazione di misurazione sufficientemente automatizzata per la fase di test pratico esteso a Erlangen. Allo stesso tempo, a Mannheim abbiamo una copia identica del sistema, che ci permette di eseguire parallelamente ulteriori ottimizzazioni. Nel team interdisciplinare condividiamo le diverse esperienze e approcci».