Formulatrix entwickelt Laborautomatisierungsgeräte zur Beschleunigung lebensrettender pharmazeutischer Forschung

Formulatrix stellt einen der intelligentesten Kühlschränke der Welt her.

Von außen sieht der ROCK IMAGER 1000 aus wie eine Mischung aus einem Banktresor und einem Wohnheim-Kühlschrank. Aber im Inneren scannt, bildet und kategorisiert ein Robotermikroskop Tausende von Proteinproben für die pharmazeutische Forschung. Das Verfahren ist viel schneller und genauer als ein erschöpftes menschliches Auge und beschleunigt die Suche nach neuen Behandlungsmethoden für alle erdenklichen Krankheiten und Gesundheitsbeschwerden.

Formulatrix hat seinen Hauptsitz in Bedford, Massachusetts, und bedient rund 95 Prozent des Marktes für Bildgebung zur Proteinkristallisation. Die Kundenliste ist ein „Who is Who“ von Pharmaunternehmen und akademischen Forschungseinrichtungen, darunter AMGEN, AstraZeneca, Bayer, Genentech, Johnson & Johnson, Lilly, Merck, Cornell University, Johns Hopkins University, Harvard University und Dartmouth College.

Proteine sind die Bausteine für die Gewebe und Organe des Körpers, die für ihre Struktur und Funktion notwendig sind. Viele Krankheiten hängen mit dem Vorhandensein eines „Schurkenproteins“ zusammen, eines Proteins, das nicht richtig funktioniert. Die Kristallisation hilft Forschern, die atomare Zusammensetzung von Proteinen zu verstehen. Durch Versuch und Irrtum lösen Forscher Proteine in verschiedenen chemischen Cocktails auf, damit sie wie Salz kristallisieren. Röntgenstrahlen können dann durch diese Kristalle fokussiert werden und anhand der Beugungsmuster kann die genaue Anordnung der Atome im Protein bestimmt werden.

„Diese Art der Forschung ist manchmal wie eine Angelexpedition“, sagt Heinrich Köchling, Direktor für Worldwide Engineering bei Formulatrix. „Wissenschaftler stellen Mischungen chemischer Verbindungen her, von denen sie hoffen, dass sich irgendwann ein gelöstes Protein darin kristallisiert. Sie wissen nicht, dass es so sein wird, aber sie hoffen, dass es so sein wird. Eine unserer großen Maschinen kann 1.000 Platten verarbeiten, wobei jede Platte bis zu 96 verschiedene Proben in winzigen Reagenzgläsern oder Vertiefungen enthält. Sie können also 96.000 Einzelexperimente gleichzeitig durchführen.“

„In der Vergangenheit betrachtete ein Mensch jeden dieser Brunnen mit einem Mikroskop. Und wenn die Kristallisation kalte Temperaturen erfordert, müssten sie Stunden in einem kalten Raum verbringen „, fügt er hinzu. „Unser Gerät untersucht 96 Proben alle fünf Minuten, 24 Stunden am Tag. Manchmal kann es Wochen dauern, bis ein Protein kristallisiert ist. Und manchmal bekommen wir einen schönen Kristall, aber es ist nur das Salz des Cocktails in der Lösung. Deshalb haben wir verschiedene Arten von Mikroskopen entwickelt, um zu bestimmen: ‚Gibt es einen Kristall und ist es ein Proteinkristall? '“

Echtzeit-Zusammenarbeit zwischen global verteilte Teams

Formulatrix, das gleichzeitig an etwa einem Dutzend aktiver Designprojekte arbeitet, beschäftigt 60 Mitarbeiter in den Vereinigten Staaten und weitere 550 Mitarbeiter in Indonesien. Davon arbeiten 15 Maschinenbauingenieure in den USA eng mit 85 Kollegen in Indonesien zusammen — und über 100 weitere Ingenieure in den Bereichen Softwareintegration, Verfahrenstechnik und Fertigung.

„Wir machen alles intern und unser Iterationszyklus ist sehr schnell. Wir sind in der Lage, Prototypen in wenigen Tagen statt Wochen oder Monaten zu entwerfen und zu bauen „, sagt Köchling. „Eines der Dinge, die uns bei Onshape am meisten angesprochen haben, sind die kollaborativen Funktionen der Cloud-nativen Plattform. Dass unser amerikanisches und indonesisches Team in Echtzeit zusammenarbeiten können, ist für uns äußerst wertvoll. Der Zeitunterschied beträgt 12 Stunden und wir haben viel Zeit verloren, als wir früher Dateien hin- und herschicken mussten.“

Mithilfe der einzigartigen Cloud-Datenbankarchitektur von Onshape können mehrere Ingenieure gleichzeitig an demselben CAD-Modell arbeiten und sehen, wie Änderungen aktualisiert werden, sobald sie eintreten. Ein umfassender Bearbeitungsverlauf verfolgt, wer welche Änderungen wann vorgenommen hat, sodass Benutzer jederzeit sofort zu einem früheren Status des Designs zurückkehren können.

„Onshape hat einfach ein Gefühl der Unmittelbarkeit“, sagt Köchling. „Auf diese Weise können unsere Ingenieure die Konstruktionsabsicht und ihre Vision davon vermitteln, wie das Modell im Moment aussehen sollte. Mit anderen Worten, niemand hat die alleinige Kontrolle über das Modell. In einem Programm wie SOLIDWORKS besitzt jemand das Modell. Sie können ihnen sagen, was sie mit dem Modell machen sollen, aber Sie können ihnen nicht buchstäblich die Maus aus der Hand nehmen, wenn Sie 12.000 Meilen entfernt sind und Dinge ändern.“

„Je mehr Ideen in ein Modell einfließen, desto besser“, fügt er hinzu. „Onshape ermöglicht es uns, ein viel breiteres Spektrum an Möglichkeiten zu untersuchen und zu erkunden.“

Der potenzielle Einfluss von Onshape auf den Kundenservice

Köchling sagt, weil Onshape auf Mobiltelefonen und Tablets läuft, stellt er sich vor, dass es bald zu einem unverzichtbaren Tool für seine Servicetechniker vor Ort wird.

„Eines der Dinge, die wir in den letzten Jahren gelernt haben, ist, dass einige unserer frühen Maschinen besser gebaut waren, als wir dachten“, sagt er. „Die Leute benutzen sie immer länger, obwohl sie für eine Lebensdauer von 5 Jahren konzipiert wurden. Daher ist es für unsere Servicemitarbeiter schwierig, sich ältere Revisionen der Maschine anzusehen, um sicherzustellen, dass sie die richtigen Teile bestellen.“

„Da alle unsere Maschinen in Zukunft in Onshape entwickelt werden, wird es einfacher sein, auf frühere Versionen zurückzublicken und die Kunden vor Ort besser zu bedienen“, stellt er fest.

Auf der anderen Seite sagt Köchling, dass sein Unternehmen mit der Reaktionsfähigkeit des Onshape-Support-Teams äußerst zufrieden ist.

„Die Jungs in Indonesien sind sehr zufrieden mit ihren Interaktionen mit Onshape. Wir haben eine Schlagliste mit den Dingen (neue Funktionen/Verbesserungen), die wir gerne sehen würden, und wir werden in relativ regelmäßigen Abständen über die Fortschritte des Entwicklungsteams auf dem Laufenden gehalten „, sagt er.

Kostengünstigere Forschung ermöglichen

Die Proteinkristallisation wird seit mehr als 100 Jahren von Wissenschaftlern eingesetzt. Formulatrix, das 2002 als Unternehmen für Bildgebungssoftware gegründet wurde, hat Robotik und Automatisierung eingesetzt, um endlose Stunden monotoner, sich wiederholender Arbeit zu vermeiden — so dass sich die Forscher mehr Zeit auf die vielversprechendsten Proben konzentrieren können.

Die Bildgebungssysteme des Unternehmens ermöglichen es den R & D-Teams aber auch, ihr Budget zu überfordern.

„Normalerweise sind die Proteine, die untersucht werden, ziemlich wertvoll“, sagt Köchling. „Wenn es ein menschliches Protein ist, muss man es irgendwie aus dem Körper extrahieren. Es ist also sehr teuer, sagen wir etwa 5.000$ für ein Gramm. Wenn ich viele Tests durchführen möchte, um den richtigen Kristallisationscocktail zu finden, muss ich die kleinstmögliche Menge an Protein verwenden. Und ich möchte, dass mein Reagenzglas so klein wie möglich ist.“

„Vor zwanzig Jahren gab es keine Tools zur Automatisierung der Proteinkristallisation“, fügt er hinzu. „Ich bin wirklich stolz auf unsere Ingenieure, die Geräte entwickeln, die in sehr berühmten Labors landen. In der Biotechnologie funktionieren manchmal viele Pfade nicht. Aber das gewonnene Wissen summiert sich und wird hoffentlich im Laufe der Zeit zu weiteren Entdeckungen führen.“