AutoRAPID-project draait op volle toeren: succesvolle proefbestelling in Erlangen

Prof. Jochen Guck (links) en Dr. Jens Langjürgen (rechts) inspecteren de opbouw van het AutoRAPID-project. © MPL/Foto: Susanne Veiezens, MPL

Het AutoRAPID-project combineert de biofysische meetkennis van de MPL met de technische expertise van de IPA-wetenschappers in procesautomatisering. © MPL/Foto: Susanne Veiezens, MPL

De volledig geautomatiseerde meting van bi fysische eigenschappen van honderden cellen in slechts enkele dagen is het doel van het samenwerkingsproject »AutoRAPID«, waarbij wetenschappers van het Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) Erlangen en het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Mannheim grensoverschrijdend samenwerken. Hiervoor hebben de wetenschappers voor het eerst de afzonderlijke componenten van de bi fysicus en de automatiseringsingenieur succesvol in Erlangen opgebouwd.

Onderzoekers van de afdeling Biologische Optomechanica van het MPL onder leiding van Prof. Jochen Guck hebben een bi fysische meetmethode ontwikkeld die hen in staat stelt om de individuele mechanische karakterisering van een groot aantal cellen uit te voeren met een meet snelheid van 100 tot 1000 cellen per seconde. Zo kunnen ze bijvoorbeeld aantonen dat de biomechanische eigenschappen van pathologisch veranderde cellen significant verschillen van die van gezonde cellen. De onderliggende zelf ontwikkelde meetmethode, de zogenaamde »Rapid physical phenotyping in deformational flow« – in het Nederlands »Snelle fysieke fenotypering in deformatie stroom« – wordt in haar korte vorm »RAPID« genoemd, niet alleen als naam voor het project, maar ook als programma: het gaat om maximale versnelling van de meet snelheid. Het streven van het AutoRAPID-project is om de microfluïdische meetmethode om te zetten in een volledig geautomatiseerd gevalideerd analysesysteem.

Hierbij stromen cellen door een kanaalsysteem dat slechts enkele tientallen micrometers breed is, om de vervormbaarheid van de cellen te testen. De onderzoekers streven er op de lange termijn naar om de effecten van variabele parameters, bijvoorbeeld van medicijnen op de fysieke eigenschappen van cellen, te meten en deze kennis te gebruiken voor therapeutische benaderingen. Nu is de geïntegreerde opstelling voor het eerst in Erlangen opgesteld en is de samenwerking van de procesautomatisering van de monstername tot de optische analysemethoden getest.

Prototype voor automatisering van de bi fysische celmeting volledig operationeel

De afzonderlijke bouwcomponenten van het AutoRAPID-project zijn in een gezamenlijke proefbestelling door de twee onderzoeks groepen succesvol samengevoegd tot een systeem en onderworpen aan een functionele test. De meetmethodische expertise uit de bi fysica wordt geleverd door het onderzoeksteam van Prof. Jochen Guck, directeur aan het MPL.

In de concrete opbouw wordt de zelf ontwikkelde microfluidische chip gecombineerd met optische meetmethoden. De wetenschappers kunnen de fysieke eigenschappen van de cellen analyseren door middel van een uitgekiend stromings systeem en voor diverse metingen dienovereenkomstig focussen.

De wetenschappers van het Fraunhofer IPA in het team van Dr.-Ing. Jens Langejürgen, hoofd van de afdeling Klinische Gezondheidstechnologieën in Mannheim, leveren hun expertise op het gebied van procesautomatisering. Terwijl de traditionele handmatige meting van een monster al een uitgebreide voorbereidingstijd van tot wel 30 minuten per monster vereist, kunnen in het nieuwe geautomatiseerde proces van AutoRAPID tot 96 monsters op één dag worden geanalyseerd. Van het monstername en het vullen van de microchip door een pipetteer robot tot het aansturen van het driefiltersysteem en de analyse van de monsters zelf, alle processtappen kunnen volledig automatisch worden geprogrammeerd. Een ander voordeel is de nieuw ontwikkelde geïntegreerde reinigingsmethode van AutoRAPID: de tot nu toe gebruikte wegwerpchip wordt vervangen door een vaste herbruikbare meetmodule.

Het op vier jaar geplande AutoRAPID-project bevindt zich nu in het derde (onderzoeks-)jaar en gaat daarmee over in de cruciale laatste projectfase. Eind 2024 willen de wetenschappers een gevalideerd meetinstrument demonstreren dat automatisch duizenden metingen uitvoert. Jochen Guck uit zijn vertrouwen: »Het is geweldig om te zien hoe een langgekoesterd doel eindelijk tastbaar wordt. Binnenkort kunnen we meetreeksen uitvoeren die tot voor kort nog volkomen ondenkbaar waren.« In de volgende stap wordt de automatische analysemethode in de praktijk getest en in het dagelijks gebruik op de proef gesteld. Jens Langejürgen verheugt zich: »Door de uitstekende samenwerking in dit project konden we snel een voldoende geautomatiseerde meetopstelling opzetten voor de uitgebreide praktische testfase in Erlangen. Tegelijkertijd hebben we in Mannheim een identieke kopie van het systeem, waardoor we gelijktijdig verdere optimalisaties kunnen doorvoeren. In het gezamenlijke interdisciplinaire projectteam profiteren we van de heel verschillende ervaringen en aanpakken.«