Mit ABB-Robotern schneller zum COVID-19-Impfstoff

Um einen Impf­stoff zum Schutz gegen das COVID-19-Virus auf den Weg zu brin­gen, set­zt ein thailändis­ches Forschung­steam auf die Hil­fe von Robot­ern. Die ganze Welt rüstet sich für den Kampf gegen die COVID-19-Pan­demie und set­zt dabei auf eine zeit­na­he, flächen­deck­ende Imp­fung. Vor diesem Hin­ter­grund ist es umso wichtiger, dass Impf­stoffe schnell getestet wer­den kön­nen. Der Knack­punkt: Solche Tests müssen nicht nur hoch­präzise, son­dern auch sich­er sein, um das Labor­per­son­al vor Risiken zu schützen.
Dank ihrer Fähigkeit, repet­i­tive Vorgänge präzise und schnell auszuführen, eignen sich Robot­er ide­al für solche Tätigkeit­en. Kol­lab­o­ra­tive Robot­er, kurz: Cobots, die über men­schenähn­liche Arme ver­fü­gen, kön­nen das Per­son­al bei der Unter­suchung von Proben ent­las­ten, da sie diesel­ben Hand­habungsauf­gaben genau und uner­müdlich ausführen.
Ein­drucksvoll zeigt sich dies bere­its in Thai­land: Dort soll mit Hil­fe des so genan­nten AI-Immu­niz­er-Sys­tems die Entwick­lung eines wirk­samen Impf­stoffs beschle­u­nigt wer­den. Die Lösung ist das Ergeb­nis ein­er erfol­gre­ichen Zusam­me­nar­beit zwis­chen der Fakultät für Inge­nieur­wis­senschaften an der Mahi­dol-Uni­ver­sität und dem Insti­tut für moleku­lare Biowis­senschaften (Insti­tute of Mol­e­c­u­lar Bio­sciences). Das Ker­nele­ment des AI-Immu­niz­ers bilden zwei ABB-Robot­er – der IRB 1100 sowie der Zweiarm-Cobot YuMi®. Bei­de Robot­er übernehmen essen­zielle Auf­gaben im Zusam­men­hang mit der Prü­fung und Entwick­lung von Impfstoffen.
Der AI-Immu­niz­er führt Plaque-Reduk­tions-Neu­tral­i­sa­tions-Tests (PRNT) durch, ein stark repet­i­tives Testver­fahren, welch­es das Per­son­al nicht nur auf Dauer belastet, son­dern auch Risiken aus­set­zt. Er beste­ht aus den bei­den Ein­heit­en A und B. In Ein­heit A zeich­net der Robot­er mit seinen sieben Achsen und zwei Armen kom­plett für die men­schlichen Immunneu­tral­i­sa­tion­stests ver­ant­wortlich. Seine men­schenähn­lichen Arme und Greifer erlauben es ihm, mit Stan­dard-Labor­w­erkzeu­gen und ‑geräten zu arbeit­en. Dabei kann er Hantieren und Ent­nah­metätigkeit­en genau­so aus­führen wie das Labor­per­son­al. Während des Prozess­es wer­den Proben des COVID-19-Virus und ver­schiedene Antikör­p­er gemis­cht und getestet, bevor sie mit Hil­fe von Kün­stlich­er Intel­li­genz (KI) analysiert werden.
Um sicherzustellen, dass die Rezep­tur zuver­läs­sig ist, muss die Impf­stoff­prü­fung wieder­holt wer­den. Zu diesem Zweck trans­feriert der Cobot die Impf­stoff­formel von Ein­heit A zur Ein­heit B. Dort schließt der sech­sach­sige Indus­trier­o­bot­er IRB 1100 von ABB die Wieder­hol­ung­sprü­fung ab. Der IRB 1100 arbeit­et dabei mit mehreren Proben gle­ichzeit­ig, beschle­u­nigt so den Arbeit­sprozess und ermöglicht eine kon­tinuier­liche Wieder­hol­ung der Tests mit weniger Fehlern. Dieses Ver­fahren liefert auch wertvolle Anhalt­spunk­te für eine zukün­ftige Entwick­lung von Impf­stof­fen auf indus­trieller Ebene.
Die Automa­tisierung mit Hil­fe von Robot­ern, ger­ade in solch geschlosse­nen Sys­te­men für die asep­tis­che Ver­ar­beitung, bietet mehrere Vorteile. Zum einen min­imiert sich das Risiko, eigenes Per­son­al dem Virus auszuset­zen. Auch poten­zielle, men­schliche Fehler, die die Effizienz und Valid­ität des Testver­fahrens beein­trächti­gen kön­nten, sind weniger möglich. Denn der Robot­er und der IRB 1100 führen die stets wiederkehren­den Tests schnell und zuver­läs­sig durch. Dank grafikgestützter Pro­gram­mierung lassen sich die Robot­er auch für andere Auf­gaben ein­fach anpassen, etwa wenn sich das Testver­fahren ändert oder zusät­zliche Hand­habungstätigkeit­en erforder­lich sind.

„Unser Zen­trum für Impf­stof­fen­twick­lung spielt eine führende Rolle bei der Her­stel­lung eines Impf­stoffs gegen das COVID-19-Virus. Dabei müssen wir zum einen mit der hohen Nach­frage Schritt hal­ten, zum anderen jedoch auch die genetis­che Vielfalt des Virus im Auge behal­ten – eine her­aus­fordernde und teils belas­tende Auf­gabe für die Forsch­er. Für eine Ent­las­tung kann dabei der Ein­satz von Robot­ern sor­gen, weil sie dabei helfen, die Entwick­lung eines Impf­stoffs schneller voranzutreiben.“
— Pro­fes­sor Dr. Narat­taphol Charoen­phand­hu, Direk­tor des Insti­tuts für moleku­lare Biowissenschaften

Auf­grund der hier erziel­ten Verbesserun­gen sollen Robot­er kün­ftig auch bei der Entwick­lung ander­er Impf­stoffe zum Ein­satz kom­men. „Die im AI-Immu­niz­er imple­men­tierten Robot­er kön­nen dem medi­zinis­chen Fach­per­son­al bes­timmte Tätigkeit­en abnehmen und so die Infek­tion­srisiken eindäm­men. Gle­ichzeit­ig wer­den Arbeitsabläufe ver­schlankt. Das neue Sys­tem wird auch dazu beitra­gen, die Entwick­lung eines COVID-19-Impf­stof­fkan­di­dat­en in Thai­land zu beschle­u­ni­gen und gle­ichzeit­ig den Weg für weit­ere Forschungs- und Entwick­lung­spro­jek­te im Zusam­men­hang mit Impf­stof­fen zu ebnen“, sagt Cham­ras Prompt­mas, Berater des Dekans der Fakultät für Inge­nieur­wis­senschaften der Mahidol-Universität.
Ergänzend zu diesem Pro­jekt unter­stützt ABB die Fakultät für Inge­nieur­we­sen der Mahi­dol-Uni­ver­sität auch weit­er­hin – in Form von kosten­losen tech­nis­chen Schu­lun­gen für das Team der Medi­z­in­tech­nik. „Wir sind stolz darauf, die Uni­ver­sität mit unseren Robot­ern unter­stützen zu kön­nen. So helfen wir den Forsch­ern, neue Wege für den Ein­satz von Automa­tisierung mit Robot­ern in unter­schiedlichen Pro­jek­ten zu find­en“, sagt Lum­boon Simaka­jorn­boon, Local Busi­ness Man­ag­er, ABB Robot­ics Thai­land. „Anwen­dun­gen wie der robot­ergestützte AI-Immu­niz­er zeigen, dass Robot­er – dank ihrer wach­senden Fähigkeit­en – ver­mehrt im medi­zinis­chen Bere­ich sowie in der Fer­ti­gung einge­set­zt wer­den können.“