Patientenspezifische Zellkulturen
Das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Self-learning modular manufacturing platform for flexible, patient-specific cell production" (MANUCYTE) sollte eine modular aufgebaute automatisierte Plattform für die großtechnische patientenspezifische Zellkultivierung entwickeln. Als Komponenten der Plattform waren Bioreaktoren für die Zellkultur, ein Zusatzmodul (Plug-in) zur optimalen Überwachung des Zellzustands, ein Modul für die Inkubation, Pipettiersysteme und eine Hybridarbeitsstation geplant. Detaillierte Entwürfe und Prototypen für die Plattformkomponenten wurden mithilfe dieser Zusatzmodule erfolgreich für die großtechnische Erweiterung entwickelt. Der Entwurf der einzelnen Systemkomponenten war größtenteils erfolgreich, etwa wurden Bioreaktorprototypen mit Sensortechnologien für die kontinuierliche automatisierte Überwachung der betreffenden Parameter ausgestattet. Von Bedeutung war auch die Machbarkeitsanalyse für einen sterilisierten und kreuzkontaminationsfreien Prototypen des Bioreaktorsystems. Ein Hybridarbeitsplatz wurde auch entwickelt, um eine Mensch-Maschine-Schnittstelle bereitzustellen, die mit einem Hilfsroboter bestimmte Zelltypen herstellt. Für zellbiologische Prozesse wurde ein Produktionsleitsystem (manufacturing execution system, MES) in das Labor- und Managementsystem integriert. Zur Optimierung der Wachstumsbedingungen und Bestimmung des Zellstatus wurde ein Modell zum Zellverhalten entwickelt, das auf Basis der MES-Werte den Effekt der Prozessparameter einschätzt. MANUCYTE lieferte damit die Forschungsgrundlage für eine automatisierte Zellkulturplattform, die in der personalisierten Medizin und zur Produktion differenzierter Zellen bei der Behandlung von Krebs- und Herzkreislauferkrankungen wie auch in der Transplantationsmedizin eingesetzt werden kann. Allerdings konnte die vollständige MANUCYTE-Plattform im Projektzeitraum nicht fertig gestellt und getestet werden, da vor allem Probleme mit den manuellen Komponenten (Greifer) und Verzögerungen beim Entwurf des Pipettiersystems die Fertigstellung und den Test des kompletten Systems behinderten. Allerdings erwiesen sich die während der Projektlaufzeit entwickelten Komponenten als nützlich für andere gewerbliche Anwendungen und wurden in das Produktportfolio integriert. Einige Beispiele sind der Mini-numerischen volumetrische Spender zum Kleben, ein Modulframework für 3D-Druckverfahren und automatisierte optische Kontrolle für die Halbleiterindustrie und Photovoltaik.
Schlüsselbegriffe
Zellproduktion, Plattform, personalisierte Medizin, Bioreaktor, automatisierte Überwachung, Zellkultur, Kreuzkontamination
