Magdalena Szkup
Redaktor Naczelny Działu Farmacja, Portal Biotechnologia.pl
strony wersji drukowanej: 16-19



Rozwój w dziedzinie farmacji w dużej mierze zależy od odkrywania, a następnie rozwijania podstawowych technik i narzędzi pracy w laboratorium – enzymów, katalizatorów, rozpuszczalników, znaczników. Mniej efektowne, ale równie ważne, są osiągnięcia przyspieszające pracę – rozwój mikromacierzy czy sekwencjonowanie o wysokiej przepustowości. W ostatnich latach naukowcy zaczęli korzystać także z innego osiągnięcia – do laboratoriów badawczo rozwojowych zaczęto, w coraz szerszym zakresie, wprowadzać automatykę i robotykę. Badacze robią stałe postępy w rozwoju i korzystaniu z nowych narzędzi, zestawów i odczynników do urządzeń i systemów, które mogą przygotować próbki, eksperymenty a także analizę wyników. Automatyzacja rutynowych procedur laboratoryjnych wykorzystująca rozwiązania robotyki, a także oprogramowania ma już stałe zastosowanie w niektórych pracowniach. Niektóre laboratoria zastąpiły systemami zrobotyzowanymi pracę manualną przy ośmiogodzinnej zmianie w procedurach wymagających już małej interwencji człowieka. Działają one cały rok, 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu. Roboty mogą wykonywać każde proste, powtarzalne zadania – pipetowanie, przesuwanie płyty wokół, różnego odczyt wyników. Rozwiązań automatycznych – łącznie z robotami, nie brakuje także w aptece. W niektórych placówkach można spotkać zaawansowane, nowoczesne urządzenia usprawniające codzienną pracę.

Szybciej, taniej, bezpieczniej
Automatyzacja laboratorium i zwiększający się udział robotyki zmieniły typowy dzień pracy wielu indywidualnych naukowców. Dzięki kreatywności i wyobraźni, ale przede wszystkim ciężkiej pracy naukowców i firm farmaceutycznych, możliwe jest projektowanie badań, a analizowanie ich wyników zajmuje ułamek czasu potrzebnego na te czynności w przeszłości. Naukowcy którzy kiedyś poświęcali swój czas na żmudne powtarzanie tych samych czynności, mają go więcej na przewidywanie wyników doświadczeń czy rozwijanie alternatywnych metod pracy. Dla firm opracowujących nowe leki, biorących udział w badaniach klinicznych oznacza to znaczny wzrost wydajności pracy, co implikuje obniżeniem kosztów.

Kolejnym powodem zachęcającym laboratoria do wprowadzania automatyzacji jest minimalizacja możliwości błędu. Koszt wiążący się z pomyłką przy opracowywaniu nowej substancji leczniczej lub pracy naukowej jest bardzo wysoki – nawet niewielki procent występowania błędu, w przeliczeniu na ilość przeprowadzanych eksperymentów i prób może rzutować na finalny wynik badania. Poprzez usunięcie czynnika ludzkiego można uzyskać większą spójność i zwiększyć bezpieczeństwo. Przedstawiciele wiodących firm farmaceutycznych zajmujących się projektowaniem nowych substancji leczniczych zgodnie twierdzą że laboratoria naukowe w coraz większym stopniu będą korzystać z rozwiązań automatyki.

W firmach farmaceutycznych możliwe jest zautomatyzowanie niemal wszystkich faz badań. Wiele podstawowych procedur laboratoryjnych nie wymaga dzięki temu tak wielkiego wysiłku jak dawniej. Dozowanie nośnika kultury komórkowej do kolby, napełnianie płytki wielostudzienkowej, mycie, płukanie i traktowanie odczynnikami do testu immunologicznego – to niektóre czynności, mogące podlegać automatyzacji w mniejszym lub większym stopniu. Na rynku obecne są firmy oferujące narzędzia umożliwiające takie rozwiązania. Dużą potrzebę automatyzacji wykazują laboratoria zajmujące się kwasami nukleinowymi – na przykład sekwencjonujące DNA. Proces ten obejmuje wiele powtarzających się czynności z dużą liczbą prób.

Od automatycznej pipety do robota ze sztuczną inteligencją
Oferty dostawców usług ułatwiających pracę w laboratorium farmaceutycznym są różnorodne, zależne od potrzeb laboratoriów. Nie każde laboratorium naukowo-badawcze, czy pracownia naukowca akademickiego, z zapleczem współpracujących z nim doktorów i doktorantów, wymagają pełnej automatyzacji, lecz przydatne może okazać się wprowadzenie niektórych nowoczesnych rozwiązań. Uzupełnianie, mycie czy przepłukiwanie wielostudzienkowych płytek jest częstym elementem pracy laboratoryjnej. Aby ułatwić te uciążliwe czynności, możliwe jest wprowadzenie systemów automatycznych. Im więcej płytek, tym bardziej skomplikowany system. Dzięki w pełni i półautomatycznemu stanowisku pracy można przygotować lub manipulować setkami płyt w ciągu jednego dnia pracy, co zwiększa wydajność. Stacje robocze są zazwyczaj przeznaczone do wykonywania tych samych zadań – płukanie lub mycie, a także odczyt wyników. Zwiększający się trend automatyzacji pracy laboratoriów można obserwować już od ponad pięciu lat – wtedy intensywnie zaczęto stosować automatykę między innymi w badaniach kontrolnych i testach przesiewowych. Podobnie, zautomatyzowane systemy rozwijają się w przypadku genomiki do proteomiki (nauki badającej strukturę i funkcję białek). Duża ilość informacji przetwarzana przez spektrometry masowe wymaga rozwiązań zapewniających powtarzalność wyników i wysoką jakość próbek. Dąży się również do zwiększenia szybkości przetwarzania informacji, zwiększenia czuałości i jeszcze skuteczniejszego rozdzielania białek. Nie tylko laboratoria badawcze sięgają po nowe rozwiązania. Wnioski o pakiety informatyczne związane z automatyką pracy składają też instytuty zajmujące się badaniami klinicznymi.

Przy wyborze odpowiedniego rozwiązania dla laboratorium badawczego, instytutu czy działu, przede wszystkim należy mieć na uwadze elastyczność w stosowaniu, czyli szeroki zakres oferowanych czynności. Z drugiej jednak strony, niektóre laboratoria skupiają się na systemach wykonujących konkretne testy – tu liczy się specyfika i dokładność. W miejscach, gdzie np. codziennie przeprowadza się testy immunoenzymatyczne, zainteresowanie skupia się na systemach prowadzących ten typ badań.

Dokładność w skali mikro
Istotnym trendem wpływającym na projektowanie nowoczesnych systemów automatyki laboratoryjnej jest zmniejszenie objętości próbki. Objętość, która znajduje się w wielostudzienkowych płytkach lub innych urządzeniach to już nie jak dawniej, mililitry, ale mikrolitry a nawet nanolitry. Przez zmniejszenie ilości wymaganego odczynnika można obniżyć koszty na badania i wydatki związane z usuwaniem odpadów. Wyzwaniem jest natomiast projektowanie pipet i stanowisk mogących obsługiwać tak małe objętości. Urządzenia automatycznie pipetujące muszą zapewniać odmierzanie całej objętości próbki. Retencja nawet maleńkiej ilości w końcówce – powtarzająca się zbyt często – może być przyczyną istotnych błędów.

Mikromacierze i testy na komórkach
Innym obszarem zastosowania automatyki i robotów są mikromacierze. W genomice mikromacierz to płytka z naniesionymi w regularnych pozycjach mikroskopowej wielkości sekwencjami DNA, różniącymi się od siebie. Jako sondy wykrywają one komplementarne do siebie cząsteczki DNA lub RNA. Stosuje się je do badań ekspresji genów, białek, w pracy nad nowymi lekami i terapiami. Macierze mogą posiadać także wiele odczynników do serii testów diagnostycznych. Dzisiaj automatyzacja ułatwia przeprowadzenie badań z użyciem mikromacierzy.

Nowoczesne rozwiązania pozwalają na przeprowadzanie badań na żywych komórkach, nie naruszając ich struktury. Dzięki systemom badającym komórki w ich naturalnych warunkach, można zbadać oddziaływania wewnątrz komórki, łączniez pracą receptorów i potencjałem błonowym. Pozwala to na rozwój biochemii i innych dziedzin, poszukiwanie nowych metod leczenia.

Od wynalezienia leku do zastosowania klinicznego
Przemysł farmaceutyczny i biotechnologiczny czerpie wiele korzyści z automatyzacji. Jednostki badawczo-rozwojowe zajmujące się nowymi lekami w szczególności wprowadzają nowoczesne systemy do swoich codziennych prac. Zadania, które kiedyś trwały kilka miesięcy można teraz przeprowadzić w ciągu jednego dnia. Wynika to głównie ze zwiększenia możliwości przeprowadzanych badań przesiewowych, narzędzia są wysoko wydajne, eliminują wiele manualnych czynności a przede wszystkim zmniejszają możliwość pomyłki ludzkiej, co opóźniałoby postęp badania. Możliwość pracy z małą objętością próbki i odczynników jest szczególnym ułatwieniem w przypadku drogich lub brakujących substancji. Błąd w takim przypadku byłby bardzo kosztowny spowodowałby utratę próbki lub wyników doświadczalnych, zmuszając do powtarzania badania.

Roboty w aptekach i szpitalach
Także praca w aptece i szpitalu wymaga dokładności i staranności. Dlatego w codziennej pracy farmaceuty zarówno w aptece otwartej jak i w szpitalu zastosowanie znalazły rozwiązania robotyczne. Zmniejszają ryzyko błędu, usprawniają proces podania leku do pacjenta, mogą być oszczędnością czasu i pieniędzy. Dzięki nowoczesnym rozwiązaniom w szpitalach, leki są wydawane do konkretnego pacjenta, nie jest możliwa pomyłka przy wydawaniu leku a ewentualny błąd pochodzenia ludzkiego (np. przy wpisywaniu do urządzenia) jest wychwytywany przez system. Dzięki Automatyzacji zwiększone jest bezpieczeństwo pacjenta w szpitalu, system monitoruje wszelkie interakcje, rozpoznaje na jakie leki pacjent jest uczulony. Jest ułatwieniem pracy dla lekarza – pomaga w ustaleniu optymalnej dawki. Dzięki robotom w aptekach możliwa jest optymalizacja magazynu do możliwości i potrzeb. Mimo sporej powierzchni zajmowanej przez urządzenie, jakim jest robot apteczny, może być on oszczędnością miejsca – w metrze sześciennym potrafi on pomieścić nawet 4000 opakowań leków.

Perspektywy i zagrożenia
Aby rozwiązania robotyki mogły się rozwijać, potrzebne są opracowane systemy norm i standardów, np. w przypadku elektroforezy żelowej dwuwymiarowej lub mikromacierzy. Laboratoria, które chcą wprowadzić nowoczesne rozwiązania, muszą opracować normy niezależne od warunków zewnętrznych. Kolejnym problemem jest zgodność pracy poszczególnych urządzeń – co może być wątpliwe w przypadku zakupu u innych dostawców. Większe wykorzystanie wysoko wydajnych systemów powoduje wzrost danych generowanych w laboratoriach. Ważne, by dostęp do informacji był zapewniony dla naukowców, a także by były one odpowiednio zabezpieczone.

Dokąd będzie zmierzała automatyzacja laboratorium w ciągu najbliższych kilku lat? Czy wkrótce działy R&D, apteki, szpitale utożsamiane już będą z pracą inteligentnych robotów, zastępujących farmaceutów i naukowców? Zdaniem specjalistów aż taki scenariusz w najbliższym czasie nie nastąpi, choć przyszłość dla sztucznej inteligencji oczywiście istnieje. Eksperymenty wykonywane przez naukowców na chipach, za pomocą systemu mikroelektromechanicznego (MEMS) umożliwiały będą skomplikowanym maszynom wykonywanie dalszych procesów. Wszystko, co jest możliwe do osiągnięcia, ogranicza jedynie twórcza wyobraźnia naukowców pracujących w laboratorium – to oni określają potrzeby i wymagania, dostarczając kreatywnych rozwiązań i nowych wyzwań.