Projekt AutoRAPID wchodzi w ostatnią prostą: Udane zamówienie próbne w Erlangen

Prof. Jochen Guck (lewa) i Dr. Jens Langjürgen (prawa) inspekcjonują strukturę projektu AutoRAPID. © MPL/Foto: Susanne Veiezens, MPL

Projekt AutoRAPID łączy wiedzę z zakresu pomiarów biofizycznych MPL z techniczną wiedzą naukowców IPA w dziedzinie automatyzacji procesów. © MPL/Zdjęcie: Susanne Veiezens, MPL

W pełni zautomatyzowany pomiar właściwości biofizycznych setek próbek komórek w zaledwie kilka dni jest celem projektu współpracy „AutoRAPID”, w którym naukowcy z Instytutu Maxa Plancka dla Fizyki Światła (MPL) w Erlangen oraz Instytutu Fraunhofera ds. Technologii Produkcji i Automatyzacji IPA w Mannheim współpracują na poziomie międzyoddziałowym. W tym celu naukowcy po raz pierwszy pomyślnie zbudowali poszczególne komponenty biofizyków i inżynierów automatyzacji w Erlangen.

Naukowcy z działu Biofizycznej Optomechaniki MPL pod kierownictwem prof. Jochen Guck opracowali metodę pomiaru biofizycznego, która pozwala na indywidualną charakterystykę mechaniczną dużej liczby komórek z szybkością pomiaru od 100 do 1000 komórek na sekundę. Na przykład mogą oni wykazać, że właściwości biomechaniczne komórek patologicznie zmienionych różnią się istotnie od zdrowych komórek. Podstawowa, własnoręcznie opracowana metoda pomiarowa, nazwana „Rapid physical phenotyping in deformational flow” – po niemiecku „Szybka fizyczna fenotypizacja w przepływie deformacyjnym” – w skrócie „RAPID”, nie tylko nadaje nazwę projektowi, ale także stanowi jego program: chodzi o maksymalne przyspieszenie szybkości pomiaru. Celem projektu AutoRAPID jest przekształcenie mikrofluidycznej metody pomiarowej w w pełni automatyczny, zwalidowany system analityczny.

W tym celu komórki przepływają przez kanał o szerokości kilku dziesięciu mikrometrów, aby testować ich podatność na odkształcenia. Naukowcy dążą długoterminowo do pomiaru wpływu zmiennych parametrów, np. leków, na właściwości fizyczne komórek i wykorzystania tych wyników do celów terapeutycznych. Teraz zintegrowana konstrukcja została po raz pierwszy zainstalowana w Erlangen, a współdziałanie automatyzacji procesu od pobrania próbki do metod optycznej analizy zostało sprawdzone.

Prototyp do automatyzacji biofizycznego pomiaru komórek w pełni funkcjonalny

Pojedyncze komponenty konstrukcyjne projektu AutoRAPID zostały pomyślnie zmontowane w ramach wspólnego zamówienia próbnego przez obie grupy badawcze i poddane testom funkcjonalnym. Ekspertyza pomiarowa z dziedziny biofizyki dostarczana jest przez zespół naukowców prof. Jochen Gucka, dyrektora MPL.

W konkretnym układzie własnoręcznie opracowany mikroczip fluidyczny łączy się z metodami pomiaru optycznego. Naukowcy mogą analizować właściwości fizyczne komórek za pomocą zaawansowanego systemu przepływowego i odpowiednio skupiać się na różnych pomiarach.

Naukowcy z zespołu Fraunhofer IPA, kierowanego przez dr inż. Jens Langejürgen, kierownika działu Technologii Zdrowia Klinicznego w Mannheim, wnoszą swoją kompetencję w dziedzinie automatyzacji procesów. Podczas gdy tradycyjny ręczny pomiar próbki wymaga czasochłonnego przygotowania do 30 minut na próbkę, w nowym zautomatyzowanym procesie AutoRAPID można analizować do 96 próbek dziennie. Od pobrania próbki i napełniania mikroczipu przez pipetującego robota, aż po sterowanie trójpompowym systemem i samą analizę próbek – wszystkie kroki procesu są w pełni programowalne automatycznie. Kolejną zaletą jest nowo opracowana zintegrowana procedura czyszczenia AutoRAPID: dotychczasowy jednorazowy chip zastąpiono trwałym modułem pomiarowym wielokrotnego użytku.

Projekt AutoRAPID, zaplanowany na cztery lata, obecnie znajduje się na trzecim (badawczym) roku i przechodzi do decydującej ostatniej fazy projektu. Pod koniec 2024 roku naukowcy planują zaprezentować zwalidowane urządzenie pomiarowe, które automatycznie wykona tysiące pomiarów. Jochen Guck wyraża optymizm: „Wspaniale jest widzieć, jak długo wyczekiwany cel w końcu staje się namacalny. Wkrótce będziemy mogli przeprowadzać serie pomiarów, które jeszcze niedawno były całkowicie nie do pomyślenia”. W kolejnym kroku automatyczna metoda analizy zostanie przetestowana w praktyce i poddana codziennym testom. Jens Langejürgen cieszy się: „Dzięki doskonałej współpracy w tym projekcie mogliśmy szybko uruchomić wystarczająco zautomatyzowaną strukturę pomiarową do obszernego testowania praktycznego w Erlangen. Jednocześnie w Mannheim mamy identyczną kopię systemu, co pozwala nam równocześnie przeprowadzać kolejne kroki optymalizacji. W wspólnym interdyscyplinarnym zespole projektowym korzystamy z różnych doświadczeń i podejść.”