Zellkulturautomatisierung - Einführung und kurzer Überblick

Die Abteilung »Laborautomatisierung und Bioproduktionstechnik« des Fraunhofer IPA mit einem interdisziplinären Team aus 25 Wissenschaftlern entwickelt Automatisierungslösungen für die Life Sciences. Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der automatisierten Zell- und Gewebekultur. Die Kultivierung von Zellen und Geweben erfolgt mit unterschiedlichen Zielsetzungen, sowohl in der Forschung als auch in der Produktion: beispielsweise für die Analyse spezifischer Stoffwechselwege in den Zellen bis zum Einsatz als Produktionsmittel z.B. für Biopharmaka, oder als Screening- oder Testsystem in der Pharmakologie oder als Ersatz von Tierversuchen. Verschiedene Zelltypen stellen dabei ganz unterschiedliche Anforderungen an das Kultivierungssystem. Diese Anforderungen bestimmen maßgeblich, wie eine Umsetzung in eine Automation erfolgt. Dabei ist die reine Mechanisierung von einer tatsächlichen Automatisierung zu unterscheiden. Eine Automatisierung folgt selbsttätig einem Programm und beinhaltet immer Kontroll- und Entscheidungsmechanismen, die den Ablauflauf des Gesamtprozesses beeinflussen. Aufgrund der Komplexität von Zell- und Gewebekulturprozessen liegt oft ein hohes Entwicklungsrisiko beim Transfer des manuellen Protokolls auf einen Prozessautomaten. Jedoch sind eine deutlich erhöhte Reproduzierbarkeit, geringere Fremdeinflüsse und mehr Durchsatz im Sinne einer spezifischen Prozessanwendung ein wesentlicher Nutzen für den Endanwender. Das Design und die Funktionalität des Automaten werden dabei maßgeblich durch das spätere Anwendungsgebiet definiert. Screening- oder Produktionsanlagen im F&E-Bereich großer Pharma- und Kosmetikfirmen sind oft Mikrotiter- oder T-Flask-basiert, während die Arzneimittelproduktion (Antikörper, Biologicals, Zelltherapeutika) in großen Fermentern oder spezifischen Single-Use-Systemen durchgeführt wird.