Automatizované řešení bioreaktoru na míru pro budoucí generaci vědy

Automatizované řešení bioreaktoru na míru pro budoucí generaci vědy

Na Delftské technické univerzitě v Nizozemsku potřebovali profesoři a doktorandi nové řešení pro evoluční inženýrství - zlepšení studia geneticky upravených buněk ve snaze nahradit více petrochemických rostlinnými materiály. Vyžadovalo si to robustní, flexibilní a automatizované nastavení bioreaktoru šité na míru konkrétním výzvám souvisejícím s evolučními studiemi.

Dr. Ir. Robert Mans, odborný asistent na katedře biotechnologie, vysvětluje, proč jejich vědecká práce v laboratoři vyžadovala více automatizace: "Výzvou je, že buňky jsou mimořádně složité a je nemožné vždy zcela pochopit, co se v nich děje. Někdy se geneticky upravené buňky chovají tak, jak to bylo zamýšleno - a jindy onemocní a rostou pomalu. Náš způsob, jak to optimalizovat, je použití evoluce. Nechte buňky vyvíjet se, aby byly zdravější a rostly rychleji. A to vyžaduje mimořádně spolehlivé a sterilní vybavení, "říká Dr. Mans. "Potřebovali jsme tedy automatizovanější řešení, které umožní uzavřenou provoz bez nutnosti něco otevírat během měsíc-dlouhých procesů."

Sophie de Valk, jedna z doktorandek pod vedením doktora Mansa, vysvětluje, jak její předchozí nastavení udělalo práci s genetickým inženýrstvím kvasinek složitější a časově náročnější: "Byli jsme relativně omezení z hlediska toho, jak jsme mohli automatizovat vývoj. Médium jsme museli měnit ručně - vždy s rizikem kontaminace a potenciálních neúspěchů. Takže jsme určitě potřebovali přesné řízení procesů a možnosti nastavení ještě složitějších systémových skriptů."

S důkladným pochopením jejich konkrétních požadavků potřeboval tým na Delftské technické univerzitě partnera, který by jim poskytl potřebné odborné znalosti a investoval čas do návrhu nestandardního řešení. "Z teoretického hlediska jsme přesně věděli, co chceme. Potřebovali jsme však někoho, aby skutečně uskutečnil naši vizi. Někoho, kdo by mohl vytvořit a implementovat řešení se vší flexibilitou, která je potřebná k uskutečnění našich experimentů," vysvětluje Dr. Mans.

S Getinge jsme již byli seznámeni a věděli jsme, že jejich systém je velmi robustní a spolehlivý. Myslím si však, že největší rozdíl pro nás byl v tom, že Getinge je otevřený vytváření řešení na míru. Partnerství a společný vývoj na míru šitého nastavení namísto standardní možnosti. 

Komplexní bioreaktor navržen pro jednoduchost

Rowin Timmermans, starší aplikační specialista s 12 lety zkušeností s řešeními Applikon, byl součástí týmu, který se chopil této výzvy. Okamžitě věděl, že složitá povaha úlohy vyžaduje skripty řízení procesu v softwaru SCADA zákazníka, které mohou výrazně snížit počet manuálních zásahů. "Potřebovali jsme automatizovat dva typy dlouhodobých procesů: opakovaný dávkový proces a proces chemostatu nebo akcelerátoru. Za normálních okolností by si oba vyžadovaly mnoho manuálních zásahů. Hlavní výzvou tedy bylo zkombinovat údaje z vlastních analyzátorů offgas a analyzátoru výzkumného týmu TU Delft se všemi procesními daty ze systému Applikon ez-Control - a pak tyto online údaje použít pro automatickou kontrolu opakovaných dávkových procesů a procesů chemostatu nebo akcelerátoru požadovaným způsobem," vysvětluje Timmermans . 

Timmermans byl zodpovědný za psaní skriptů na kontrolu všeho, co se děje ve fermentačním procesu. To bylo založeno na velmi úzké spolupráci s týmem z katedry biotechnologie na Delft University of Technology. "Mým primárním úkolem bylo programovat skripty v Lucullus®, softwarovém řešení poskytovaném společností Getinge, aby bylo dosaženo automatizace procesů. Během naší spolupráce jsem několikrát navštívil univerzitu, abych spolu s nimi absolvoval testy. Myslím si, že tento způsob spolupráce - s častou a konstruktivní zpětnou vazbou - je klíčem k úspěchu. Je to jediný způsob, jak zcela pochopit konkrétní potřebu a přijít s řešením, které je šité na míru konkrétním potřebám zákazníka," uzavírá Timmermans.

Když se ho zeptáme na nejnáročnější úkol v průběhu procesu, říká: "Jednou z největších výzev bylo pochopit způsob fungování chemostatu, a zejména akcelerátoru, principy - a složitost některých kritérií, které jsme naprogramovali v skriptech na přesun z jednoho procesního kroku do druhého."

Přizpůsobené výhody - určeny pro obecné použití

Doktorandka Dr. Mansa, Sophie de Valk, poukazuje na některé důležité body a výhody nového systému z jejího pohledu:

"Líbí se mi, jak snadno můžete online sledovat mnoho věcí probíhajících v reaktoru. Dříve jste vždy museli nejprve exportovat data a pak je vykreslit v programu Excel. Nyní nemusíte neustále dívat na svůj reaktor, abyste věděli, že vše proběhne hladce. To uvidíte poměrně snadno na tři kliknutí - i když pracujete z domu. "

Kromě okamžitého přístupu k online monitorování odkudkoliv, de Valk uvádí i jednoduchost a flexibilitu, která charakterizuje nový automatizovaný evoluční systém: "Teď je opravdu snadné nastavit dost komplikovaný automatizační skript. Nemusíte trávit týdny se studenty, kteří staví všechno zdola. Také jsem měla případy, že jsme chtěli vylepšit některé parametry během vývoje v reálném čase. Nyní to dokážeme, protože je super snadné sledovat signály online a pozorovat, jak se vše děje a roste. A na základě údajů z monitorování můžeme upravit pH, vystříknout více vzduchu nebo provést veškeré potřebné úpravy. "

Nakonec byl výzkumný tým TU Delft i zúčastnění z Getinge tak spokojeni s výsledkem, že uspořádali společný webinář s cílem poskytnout globální dosah a podělit se o své poznatky z procesu a možnosti špičkového automatizovaného systému bioreaktoru, který i když byl vysoce přizpůsoben, byla od samého počátku určený pro všeobecné použití. Proto Dr. Mans a jeho tým také napsali vědeckou publikaci, která zpřístupnila tyto poznatky globální akademické komunitě.