Robot Stäubli w poszukiwaniu nowych leków

Zaprojektowane przez amerykański koncern GNF urządzenie do ultrawysokoprzepustowych badań przesiewowych (uHTS) wykorzystywane jest obecnie przez całą dobę w tajwańskim Centrum Badań Genomiki do opracowywania leków i szczepionek na COVID-19. Całkowicie zautomatyzowana maszyna może przetestować 1536 substancji w jednym cyklu, co odpowiada pięciocyfrowej liczbie próbek dziennie. Podstawą działania urządzenia opracowanego przez inżynierów GNF stanowi robot firmy Stäubli.

Nie ma wątpliwości, że w dzisiejszych czasach poszukiwanie nowych leków i szczepionek stanowi kluczowe zadanie dla ludzkości. Centrum Badań Genomiki (GRC) w Tajpej, dysponujące dużą wiedzą techniczną i naukową, a także środkami umożliwiającymi prowadzenie prac w szybkim tempie podjęło się zrealizowania tego zadania.

Ten publiczny instytut badawczy będący częścią renomowanej tajwańskiej jednostki naukowej Academia Sinica, już w latach 2002‒2004 w wyniku epidemii SARS zwiększył i przyspieszył swoje możliwości w zakresie testowania leków. W tamtym czasie akademia zainwestowała 300 milionów dolarów tajwańskich (ok. 9 mln euro) w zakup zautomatyzowanego, specjalistycznego urządzenia do tzw. ultrawysokoprzepustowych badań przesiewowych (uHTS) związków medycznych.

Maszyna może wykonać dziennie dziesięć tysięcy testów chemicznych, genetycznych lub farmakologicznych, co stanowi kryterium wstępne do zidentyfikowania substancji bioaktywnych, które mogą być punktem wyjścia do opracowania nowych leków i szczepionek.

Wykorzystywanie tej nowoczesnej technologii dało już konkretne efekty choćby w 2007 r., kiedy to Centrum Badań Genomiki przy użyciu uHTS opracowało skuteczny lek przeciw grypie. Nie dziwi więc fakt, że aktualnie moce przerobowe GRC skoncentrowano na znalezieniu środków wspomagających walkę z koronawirusem wywołującym COVID-19. uHTS - z robotem Stäubli RX160 na pokładzie. Urządzenie znajduje się więc na froncie globalnej, pandemicznej walki.

Testowanie na poziomie miliona

Badająca leki w Tajpej maszyna została opracowana i wyprodukowana przez amerykańską firmę GNF - spółkę zależną Novartis, skupiającą się na technologiach wspomagających odkrywanie nowych leków. Ich mechanizm uHTS wykorzystuje mikropłytkę, nie większą niż ludzka dłoń, zawierającą 1536 substancji (każda w ilości kilku mikrolitrów μl), które można zbadać w jednym cyklu trwającym około siedemdziesięciu minut, ale nakładającym, ponieważ każdy następny rusza, gdy kolejny jeszcze trwa. W rezultacie każdego dnia może być poddawanych przeglądowi ponad 50 płytek, co oznacza przetestowanie w ciągu 24 godzin 76 800 różnorodnych substancji.

Potrzeba ok. 650 cykl, aby przetestować niniejszy milion. Nie trzeba dodawać, że urządzenie pracuje w trybie 24/7, z dużą prędkością i bardzo dużą dokładnością, bo pracuje na wyżej wymienionych 1536 bardzo małych dołkach mikromiareczkowania substancji.

Podsumowując, Centrum Badań Genomiki przechowuje w swojej medycznej bibliotece ok. 2 miliony związków, jednak nie każdy projekt potrzebuje ich pełnego przeglądu.

Fot.: Urządzenie uHTS do ultrawysokoprzepustowych badań przesiewowych korzysta z ponad 2 milionów substancji przechowywanych w magazynie

W centrum: precyzyjny i wszechstronny robot 

Patrząc na maszynę uHTS z zewnątrz, jej struktura wydaje się prosta. Widzimy kilka stanowisk do magazynowania, uruchamiania procesu, obsługi oraz przesiewania, z robotem Stäubli RX160 zlokalizowanym w samym centrum. Ten model robota jest nie tylko szybki i precyzyjny, ale również bardzo wszechstronny, ponieważ może sprostać różnym zadaniom manipulacyjnym.

Jego praca jest wieloetapowa. Na początku robot pobiera mikropłytkę z inkubatora i umieszcza ją w stacji dozującej. W tym etapie specjalne białko trafia na mikropłytkę. W kolejnym kroku Stäubli RX160 przenosi mikropłytkę z 1536 substancjami do stacji transferowej, inkubatora i dwóch dozowników, gdzie dodawane są kolejne związki oraz substancje. Następnie robot dostarcza gotową do badań przesiewowych płytkę do stacji w celu jej identyfikacji, po czym kładzie ją na stanowisku, na którym rozpoczynają się faktyczne testy.

Fot.: Mikropłytki z substancjami oraz specjalnym białkiem są przenoszone na stanowisko czytnika, gdzie rozpoczyna się przesiewanie

Wybór właściwego robota

Główne cechy, jakimi inżynierowie z firmy GNF kierowali się przy wyborze konkretnego modelu robota to wspomniane już wcześniej szybkość i dokładność, a także dostępność. Kolejną niewątpliwą zaletą była i jest długowieczność.

Dlatego model Stäubli RX160 może przyczynić się do osiągnięcia kluczowego celu, jakim są całodobowe badania nad lekami na COVID-19. Z tego powodu koncern GNS w swoich najnowszych modelach urządzeń przesiewowych HTS i uHTS nadal wykorzystuje roboty Stäubli.

Źródło: Stäubli
Redaktor: MRR