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Laborautomatisierung als Fortschrittsmotor für Biotechnologie und Bioproduktion

20.03.2014

Tissue Fabrik, zellfreie Bioproduktion, personalisierte Produktion von Zelltherapien und Schnittstellen-Standardisierung

Laborautomatisierung ist der Schlüssel zum wissenschaftlichen Fortschritt in Biotechnologie und Bioproduktion. Moderne Analyseautomaten und wirtschaftliche, reproduzierbare Prozesse sind die entscheidende Voraussetzung für den Schritt von der Grundlagenforschung zum praktischen Einsatz moderner Verfahren für die Therapie von Erkrankungen, für nachhaltige Rohstoffsynthese oder auf dem Feld der Energiegewinnung.


RIBOLUTION – Identifizierung neuartiger RNAbasierter Biomarker für die molekulare personalisierte Diagnostik. Quelle: Fraunhofer IPA

In der Abteilung »Laborautomatisierung und Biotechnologie« hat das Fraunhofer IPA seine Kernkompetenzen zusammengefasst, mit denen sich die Stuttgarter Forscher in allen zentralen Schlüsseltechnologien der Automatisierung biotechnischer Prozesse führend positioniert und als gefragter Partner für Kunden aus Biotechnologie, Pharmazeutik und Labordiagnostik profiliert haben.

Mit der Zellproduktionsmaschine »Autranomics« und der Tissue Fabrik zur Herstellung künstlicher Hautmodelle hat das Fraunhofer IPA die automatisierte Zell- und Gewebekultur entscheidend vorangebracht. Ein Zukunftsfeld liegt in der automatisierten Produktion von personalisierten, individuell auf den einzelnen Patienten abgestimmten Arzneimitteln auf Basis menschlicher Zellen.

Der Zwang zur Produktion unter Reinraumbedingungen und der hohe Fachpersonalbedarf macht die manuelle Herstellung solcher Therapeutika bislang sehr kostenintensiv. Automatisierte Lösungen können diese Kosten erheblich senken und Zelltherapien einem breiteren Publikum zugänglich machen. Wenn die Prozesse in geschlossenen Behältern oder Sterilbereichen stattfinden, werden komplexe und aufwendige Reinraumsysteme obsolet, und die automatisierte Handhabung reduziert den Bedarf an hochqualifiziertem Personal.

Entwicklung für die Bioproduktionstechnik von morgen

Eine weitere biotechnologische Revolution bahnt sich auf dem Gebiet der Biomolekülproduktion an. Konventionell werden Proteine und Enzyme wie Diabetiker-Insulin, Impfstoffbestandteile oder Waschmittelwirkstoffe energieintensiv in Zellkulturen industriell erzeugt. Deutlich ressourcenschonender ist die »Zellfreie Bioproduktion«, die das Fraunhofer IPA und sieben weitere Fraunhofer-Institute in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt entwickeln.

Ein modularer Bio reaktor zur automatisierten In-vitro-Synthese soll biobasierte Grundstoffe für den täglichen Bedarf mit größerer Bandbreite und Komplexität und zu deutlich geringeren Kosten erzeugen. Ein erster Reaktor für die zellfreie Proteinproduktion wurde am Fraunhofer IPA entworfen und installiert.

Schnittstellen-Standardisierung in der Laborautomatisierung

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Etablierung von Standards in der Laborautomatisierung. Je mehr Laborprozesse automatisiert werden, desto dringender ist es erforderlich, die Schnittstellen und Steuerungen von Geräten, die bislang nur für die manuelle Handhabung entwickelt wurden, zu vereinheitlichen. Das Fraunhofer IPA engagiert sich deshalb intensiv in der SiLA-Initiative (Standardization in Lab Automation).

SiLA will bewirken, dass zukünftig Standards für Gerätetreiber, Kommunikationsschnittstellen und Labverbrauchsmaterialien zur Verfügung stehen, die eine einfache Integration von Geräten und Systemen unterschiedlicher Hersteller möglich machen. In Entwicklungsprojekten, bei denen bislang als nicht automatisierbar geltende Prozesse automatisiert umgesetzt werden, ist die Integrationstechnik neben der kreativen Lösung für Schlüsselprozessschritte die zweite wichtige Komponente.

Entwicklung für die Bioproduktionstechnik von morgen

Eine weitere biotechnologische Revolution bahnt sich auf dem Gebiet der Biomolekülproduktion an. Konventionell werden Proteine und Enzyme wie Diabetiker-Insulin, Impfstoffbestandteile oder Waschmittelwirkstoffe energieintensiv in Zellkulturen industriell erzeugt. Deutlich ressourcenschonender ist die »Zellfreie Bioproduktion«, die das Fraunhofer IPA und sieben weitere Fraunhofer-Institute in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt entwickeln.

Ein modularer Bio reaktor zur automatisierten In-vitro-Synthese soll biobasierte Grundstoffe für den täglichen Bedarf mit größerer Bandbreite und Komplexität und zu deutlich geringeren Kosten erzeugen. Ein erster Reaktor für die zellfreie Proteinproduktion wurde am Fraunhofer IPA entworfen und installiert.

Schnittstellen-Standardisierung in der Laborautomatisierung

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Etablierung von Standards in der Laborautomatisierung. Je mehr Laborprozesse automatisiert werden, desto dringender ist es erforderlich, die Schnittstellen und Steuerungen von Geräten, die bislang nur für die manuelle Handhabung entwickelt wurden, zu vereinheitlichen. Das Fraunhofer IPA engagiert sich deshalb intensiv in der SiLA-Initiative (Standardization in Lab Automation).

SiLA will bewirken, dass zukünftig Standards für Gerätetreiber, Kommunikationsschnittstellen und Labverbrauchsmaterialien zur Verfügung stehen, die eine einfache Integration von Geräten und Systemen unterschiedlicher Hersteller möglich machen. In Entwicklungsprojekten, bei denen bislang als nicht automatisierbar geltende Prozesse automatisiert umgesetzt werden, ist die Integrationstechnik neben der kreativen Lösung für Schlüsselprozessschritte die zweite wichtige Komponente.

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6. Internationale Fachmesse für Automation und Mechatronik
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Neue Messe München | Halle A4 | Stand 530

Fachlicher Ansprechpartner
Andreas Traube | Telefon +49 711 970-1233 | andreas.traube@ipa.fraunhofer.de | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Weitere Informationen:

http://www.automatica-munich.com
http://www.ipa.fraunhofer.de

Jörg Walz | Fraunhofer-Institut

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