Einführung
Das automatisierte Zellscreening im Biotechnologiesektor hat sich zu einem grundlegenden Motor des Fortschritts entwickelt, der einen höheren Durchsatz ermöglicht und die Abhängigkeit von arbeitsintensiven Arbeitsabläufen verringert.
Einer der Hauptgründe dafür ist der Bedarf an einer schnelleren Klinikeinführung - Investoren und CRO-Kunden legen zunehmend Wert auf kürzere Zelllinienentwicklungszeiten und die Herstellung von rekombinanten Produkten mit gleichbleibend hoher Qualität. Infolgedessen entwickeln verschiedene Unternehmen Automatisierungsstrategien, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Bei der Auswahl eines Automatisierungssystems ist jedoch Vorsicht geboten, denn nicht alle Lösungen sind gleich. Hier erfahren Sie, worauf Sie achten müssen, um eine sichere und erfolgreiche Zelllinienentwicklung zu gewährleisten.
Warum automatisieren?
Die Automatisierung führt zu qualitativ hochwertigen, reproduzierbaren Ergebnissen und rationalisiert den Arbeitsablauf mit dem zusätzlichen Vorteil, dass das Laborpersonal von manuellen, sich wiederholenden Schritten befreit wird.
Bei der Entwicklung von Zelllinien gibt es verschiedene Prozesse, die besonders arbeitsintensiv sind. So kann beispielsweise die Transfektion (Gen-Knock-In oder Knock-Out), die ein zufälliger Prozess ist, oft einen großen Engpass darstellen. Sie ist sowohl zeit- als auch arbeitsintensiv, da mehrere Screens und Selektionspanels erforderlich sind, um sicherzustellen, dass die besten Klone identifiziert werden. Die Pflege der Zellen und die Stabilität der Zelllinien sind ebenfalls zeitaufwändige Prozesse. Die leistungsstärksten Klone müssen ausgewählt, kultiviert und durch eine Reihe von Volumina expandiert werden, um eine Zellausbeute zu erzielen, die in Systeme für die weitere Entwicklung überführt werden kann. Durch die Automatisierung der Zelllinienentwicklung können die Forscher den Arbeitsablauf erheblich rationalisieren und diese Prozesse beschleunigen. Dies spart nicht nur Zeit und Geld, sondern trägt auch dazu bei, menschliche Fehler zu vermeiden und die Ressourcen des Bedieners freizusetzen. Die am besten konzipierten und umfassenden geschlossenen Automatisierungssysteme können eine breite Palette von Aufgaben, die den gesamten Arbeitsablauf der Zelllinienentwicklung abdecken, sicher und genau ausführen:
Zellaussaat
Zugabe von Wachstumszusätzen oder Inhibitoren Automatisierte Inkubation • CO2- und Temperaturkontrolle Messung der Konfluenz
| Klonselektion und Zellpflege Transfektion von Zellen • sowohl chemische als auch virale Transfektion Klon-Auswahl • Strippen von adhärenten Zelllinien • Zentrifugation der Zellen • Übertragung auf Expansionsplatten und frische Medien Optimierung von Leads und Identifizierung von Zielen Phänotypisches Screening von Suspensionszellen Klonauswahl für die Antikörperproduktion Hit picking |
Solche umfassenden Automatisierungslösungen bestehen in der Regel aus Roboter-Plattenhandhabungsgeräten, Mikroplattenlagern, Inkubatoren und Laborinstrumenten, die von einer Planungssoftware gesteuert werden. Diese sind in einem geschlossenen System untergebracht, das auch als Arbeitszelle bezeichnet wird und die interne sterile Umgebung überwacht und kontrolliert.
Worauf müssen Sie also bei der Auswahl eines Automatisierungssystems und eines Anbieters für die Zelllinienentwicklung achten? Es ist zweifellos wichtig, einen Anbieter zu wählen, der die Freiheit hat, die beste Ausrüstung für die anstehenden Aufgaben zu installieren. Es ist jedoch auch wichtig sicherzustellen, dass sowohl das System als auch der Systemanbieter so ausgestattet sind, dass sie die Sicherheitsanforderungen erfüllen und den neuesten Normen entsprechen.
Abbildung 1: Eine sterile Arbeitszelle ist für das automatisierte Zellscreening unerlässlich.
Die automatisierten S-CELTM Laborarbeitszellen von PAA sind ETLus-zertifiziert und bieten einen laminaren Luftstrom über das gesamte System, um die Sterilität aufrechtzuerhalten und Ihr Assay zu schützen.
Oberste Priorität - Sicherheit
Die wohl wichtigste Überlegung bei der Automatisierung der Zelllinienentwicklung Zelllinienentwicklung ist die Sicherheit. Es geht um zwei Dinge: Schutz für die Zelllinien und Schutz für die Betreiber.
Die Entwicklung und Pflege von Zellkulturen in einer stabilen und sterilen Umgebung ist von größter von größter Bedeutung, um die Proben zu schützen, was wiederum den Gesamterfolg erhöht. Zelllinien sind extrem empfindlich und anfällig für Kontaminationen, die sowohl zeitlich als auch finanziell katastrophale Folgen haben können.
Zeit und Geld. In den Schaltschränken der Automatisierungssysteme müssen sie jederzeit ausreichend geschützt sein. Um dies zu gewährleisten, müssen die Arbeitszellen die Anforderungen der Klasse II erfüllen.
Warum ist es wichtig, eine Arbeitszelle zu wählen, die den Anforderungen der Klasse II und nicht der Biosicherheitsstufe (BSL)-2 entspricht? Es ist zu beachten, dass BSL-2 eine Spezifikation für ein Labor ist. Daher bietet ein als BSL-2 gekennzeichnetes System das gleiche Schutzniveau, als ob der Benutzer das Experiment auf einem offenen Tisch durchführen würde. Im Gegensatz dazu bietet eine Arbeitszelle der Klasse II dasselbe Schutzniveau, als würde der Wissenschaftler in einer biologischen Sicherheitswerkbank arbeiten - was sowohl für den Anwender als auch für das Produkt wesentlich sicherer ist.
Wenn der Arbeitsablauf Zellen menschlichen Ursprungs betrifft, besteht auch eine starke Forderung nach dem Schutz Betreiber. Obwohl die Zelllinien rein sein sollten, besteht das Risiko, dass verschiedene infektiöse die Zelllinien verschiedene Infektionserreger enthalten können, die für die menschliche Gesundheit schädlich sein können. Obwohl die Forderung nach Schutz des Bedienpersonals in verschiedenen Laboratorien, die offene Abzugshauben der Klasse II verwenden, noch nicht vollständig umgesetzt wird offenen Abzugshauben der Klasse II nicht vollständig umgesetzt, aber sie wird allmählich stärker durchgesetzt und sollte bei der bei der Automatisierung des Prozesses berücksichtigt werden.
Ein weiterer Grund, auf den Bedienerschutz zu achten, ist die Transfektion. Es gibt verschiedene Methoden, um ein identifizierbares DNA-Segment in das Genom einer Zelle einzufügen. Dies kann geschehen chemisch oder durch Elektroporation erfolgen, aber die vielleicht einfachste und populärste Methode ist die Verwendung virale Vektoren, die mit CRISPR/Cas9 oder einer gleichwertigen Technologie bearbeitet wurden. Das veränderte Virus kann dann verwendet werden, um die Zelle zu infizieren und den gewünschten DNA-Abschnitt in das zelluläre Genom einzubringen.
Das potenzielle Problem dabei ist, dass die wirksamsten Viren diejenigen sind, die schnell reagieren um sich selbst zu schützen, und daher oft hochinfektiös sind, wie z. B. Hep B, HIV oder das Influenzavirus. Es ist daher sehr wichtig, das Bedienpersonal vor der Exposition gegenüber diesen biologischen Agenzien zu schützen, da die Gefahr besteht, dass sich das Aerosol bei der Ausgabe oder über eine heruntergefallene Platte verteilt.
Die Luftströme innerhalb der Arbeitszelle und durch die Zugangstüren und Fenster müssen berücksichtigt werden um zu verhindern, dass kontaminierte Luft durch die Klimaanlage des Labors aus dem System gezogen wird, oder Verunreinigungen durch große, deckenhohe Türen gezogen werden. Es ist auch wichtig, die Position der Geräte im System sorgfältig zu wählen. Dies liegt daran, dass die Geräte den laminaren Luftstrom unterbrechen können, was zu stagnierenden Lufttaschen führen kann - nicht ideal, wenn sich diese über einer nicht verschlossenen Probenplatte bilden.
Die automatisierten PAA-Systeme sind so konzipiert, dass sie einen vollständigen Schutz durch die Eingangsportale bieten.
Wenn das System geöffnet ist, überwacht es den Luftstrom und passt ihn kontinuierlich an, um sicherzustellen, dass der Schutz aufrechterhalten und gleichzeitig der Geräuschpegel minimiert wird, um eine angenehme Umgebung für die im Labor arbeitenden Wissenschaftler zu schaffen.
Abbildung 2: Sicherheit ist bei der Automatisierung der Zelllinienentwicklung von größter Bedeutung.
Die automatisierten S-CELTM Labor-Arbeitszellen von PAA bieten sowohl dem Bediener als auch den Proben Schutz.
Sicher und flexibel - ein System, das den Benutzer im Blick hat
Es ist daher wichtig, ein Automatisierungssystem auszuwählen und zu installieren, das das sowohl den Bediener als auch das Produkt schützt.
Ein System muss aber auch einfach zu handhaben sein. Es ist unvermeidlich, dass auf die Instrumente innerhalb der Arbeitszelle zugegriffen werden muss, wenn die Zellen in situ sind - zum Beispiel, um eine Dichtung an einem Plattenverschließer oder Reagenzien für einen Dispenser auszutauschen, oder auch nur, um Probenplatten oder zusätzliche Laborgeräte hinzuzufügen. Hierfür muss also ein angemessener Schutz vorhanden sein.
So ist es beispielsweise bei der Entwicklung von Zelllinien nicht ungewöhnlich, dass Zellen einen Monat bis sechs Wochen lang bebrütet werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Monat bis sechs Wochen bebrütet werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Während dieser Zeit werden die Zellen ständig kultiviert, aus dem Inkubator genommen, neu formatiert, expandiert und wieder in den Inkubator für weiteres Wachstum. In der Arbeitszelle müssen ständig Verbrauchsmaterialien und Reagenzien nachgefüllt werden.
Reagenzien in der Arbeitszelle nachgefüllt werden müssen, was wiederum das Kontaminationsrisiko erhöht und zum Verlust der Arbeit von sechs Wochen und möglicherweise von wichtigen Klonen führen kann. Alle potenziellen Kontaminationsquellen müssen daher vermieden werden. Eine Arbeitszelle muss außerdem sicher, flexibel genug für einen bestimmten Arbeitsablauf und einfach zu bedienen sein.
Die S-CEL-Arbeitszellen von PAA sind ein gutes Beispiel für eine umfassende und flexible Automatisierungslösung, die integrierte Laborautomatisierungsanwendungen ermöglicht - entwickelt, um die größtmögliche Sicherheit für Zelllinien und Bediener ohne Kompromisse zu gewährleisten. Mit der S-CEL kann eine Gehäusetür geöffnet werden, ohne die interne Umgebung zu beeinträchtigen. Ein Sensor erkennt, wenn eine der Türen geöffnet wird, und der Luftstrom nach unten wird automatisch erhöht, wodurch die interne Umgebung geschützt wird. So kann der Bediener auf die Instrumente im Inneren des Systems zugreifen, ohne eine Kontamination zu riskieren.
Ein weiteres wichtiges Merkmal, das nicht nur für Sicherheit, sondern auch für Flexibilität in dieser Automatisierungsarbeitszelle sorgt, ist ein Umluft-Laminarstromsystem (Abbildung 1 und 3). Dadurch wird Luft von außen angesaugt und im Kreislauf um das Gehäuse geführt, wobei sie durch dreifache HEPA-Filter der Schutzklasse II gemäß BS EN12469-2000 strömt. Die Luft wird über einen weiteren HEPA-Filter gereinigt und etwa zweieinhalb Meter nach oben abgeleitet, wodurch zusätzlich sichergestellt wird, dass sie nicht auf die Bediener einwirkt. Die Alternative zu einem solchen System wäre ein kanalisierter Schrank, der an ein bestehendes Abluftsystem im Gebäude angeschlossen wird. Dies kann jedoch sehr einschränkend sein, da die Automatisierungszelle an einem bestimmten Ort platziert werden muss, um Zugang zur Infrastruktur zu haben. Ein Rezirkulationssystem ist viel flexibler, da es überall im Labor aufgestellt werden kann, solange die Decke hoch genug ist.
Das System sollte nicht nur sicher und flexibel, sondern auch einfach zu bedienen sein. Ein guter Systemanbieter verfügt über eine benutzerfreundliche Planungssoftware mit einer intuitiven Schnittstelle und hat den Arbeitsablauf als Teil des Systemaufbaus berücksichtigt, um einen einfachen Zugang zu den Instrumenten zu gewährleisten.
Abbildung 3: Der S-CELTM von PAA arbeitet mit einem Umluftsystem und hält den Schutz der internen Umgebung aufrecht, wenn eine Tür geöffnet wird. Diese Konstruktion bietet ein Höchstmaß an Sicherheit und ermöglicht die Unterbringung der Arbeitszelle in jedem ausreichend großen Raum.
Einhaltung von Normen
Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines Automatisierungssystems für die Zelllinienentwicklung ist die Einhaltung von Normen.
Ein guter Anbieter von Automatisierungssystemen testet seine Systeme nach BS EN12469-2000, um eine Klasse II einzustufen. Ein Teil dieser Norm schreibt vor, dass diese Gehäuse eine laminare Luftströmung über das Deck der Arbeitszelle erzeugen sollten. Es ist jedoch zu beachten, dass eine leere Arbeitszelle dies zwar erreichen kann, aber durch den Einbau von Robotern und Instrumenten erheblich gestört wird. Daher ist es wichtig, einen Anbieter von Automatisierungssystemen zu wählen, der dies versteht und seine Systeme entsprechend testet.
Die Automatisierungssysteme von PAA werden gemäß BS EN 12469-2000 durch Messung verschiedener Luftgeschwindigkeiten, Partikelzählung und Tracer-Visualisierung getestet, um die Anforderungen der Klasse II zu erfüllen. Die Systeme sind außerdem von einem staatlich anerkannten Testlabor (NRTL) in den USA - ETLus - zertifiziert. Gestapelte Geräte in einem System können zu schlechten Luftströmen und stagnierenden Bereichen führen - daher werden PAA-Systeme mit Rauchspurenprofilen und auf Sauberkeit mittels Partikelzählung rund um das System getestet.
Wie bereits erwähnt, ist es bei der Arbeit mit lebenden Zellen von größter Bedeutung, Kontaminationen zu vermeiden und die Sauberkeit innerhalb der Arbeitszelle aufrechtzuerhalten. Daher müssen bei der Auslegung der Geräte die Wartung der Geräte und die Überlaufstellen usw. berücksichtigt werden. Bei der Arbeit mit mehreren Zelllinien ist die Fähigkeit zur chemischen Tiefenreinigung des Systems von entscheidender Bedeutung. Die UV-Sterilität ist in großen Automatisierungssystemen aufgrund der Wellenlänge von UV im Vergleich zur Größe des Systems und der damit verbundenen Schatteneffekte nur minimal wirksam. Aus diesem Grund werden PAA-Systeme geliefert und installiert, die eine Reinigung mit verdampftem Wasserstoffperoxid ermöglichen und derzeit die einzigen Systeme auf dem Markt sind, die dies können.
Zusammenfassung
Die Automatisierung der Zelllinienentwicklung kann die Arbeitsabläufe im Labor enorm verbessern, indem sie die Prozesse beschleunigt, die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit erhöht und gleichzeitig Zeit und Geld spart.
Bei der Auswahl eines geeigneten Automatisierungssystems sollten die Sicherheit, die Einhaltung von Normen, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit berücksichtigt werden. Ein guter Lösungsanbieter wird versteht diese Anforderungen und verfügt über das notwendige Fachwissen und die Erfahrung, um die Erstellung und Installation der bestmöglichen Automatisierungslösung für den erforderlichen Arbeitsablauf. PAA ist in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen, indem es zukunftsorientierte flexible Automatisierungsplattformen, die eine gleichbleibend hohe Produktqualität erzeugen.
Die S-CEL Roboter-Arbeitszellen von PAA bieten:
Gehäuse der Klasse II - HEPA-Filterung im Kreislauf
Portalzugang ohne Kontamination - erhöhter Luftstrom gegenüber offenem Portal
NRTL-Zertifizierung für die USA
Konfigurierbare Größen zur Anpassung an die erforderliche Instrumentierung
Fortschrittliches Sicherheitssystem - verriegelte und versiegelte Türen für einfachen Zugang
Herstellerneutraler" Ansatz, der die Auswahl der besten Instrumente für den Arbeitsablauf ermöglicht
Fortschrittliche Planungs- und Steuerungssoftware, die es ermöglicht, eine breite Palette von Robotern und
Instrumente in die Arbeitszelle integriert werden können
Instrumentenschieber für einfachen Zugang zum Reagenziennachschub
Mit dem Connect-System können die Instrumente bei Bedarf einfach hinzugefügt werden.
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