Formulatrix conçoit des équipements d'automatisation de laboratoire pour accélérer la recherche pharmaceutique qui sauve des vies

Formulatrix fabrique l'un des réfrigérateurs les plus intelligents au monde.

De l'extérieur, le ROCK IMAGER 1000 ressemble à un hybride entre un coffre de banque et un réfrigérateur de dortoir. Mais à l'intérieur, un microscope robotique scanne, imite et catégorise des milliers d'échantillons de protéines pour la recherche pharmaceutique. Le processus est beaucoup plus rapide et plus précis qu'un œil humain fatigué, et il accélère la recherche de nouveaux traitements pour toutes les maladies et tous les problèmes de santé imaginables.

Basée à Bedford, dans le Massachusetts, Formulatrix dessert environ 95 % du marché de l'imagerie par cristallisation des protéines. Sa liste de clients est un « Who's Who » de sociétés pharmaceutiques et d'institutions de recherche universitaires, notamment AMGEN, AstraZeneca, Bayer, Genentech, Johnson & Johnson, Lilly, Merck, l'université Cornell, l'université Johns Hopkins, l'université Harvard et le Dartmouth College.

Les protéines sont les éléments constitutifs des tissus et des organes du corps, nécessaires à leur structure et à leur fonctionnement. De nombreuses maladies sont liées à la présence d'une « protéine indésirable », une protéine qui ne fonctionne pas correctement. La cristallisation aide les chercheurs à comprendre la composition atomique des protéines. Par essais et erreurs, les chercheurs dissolvent les protéines dans divers cocktails chimiques pour les faire cristalliser comme du sel. Les faisceaux de rayons X peuvent ensuite être focalisés à travers ces cristaux et les diagrammes de diffraction peuvent être utilisés pour déterminer la disposition exacte des atomes dans la protéine.

« Ce type de recherche ressemble parfois à une expédition de pêche », explique Heinrich Köchling, directeur de l'ingénierie mondiale chez Formulatrix. « Les scientifiques élaborent des mélanges de composés chimiques dans lesquels ils espèrent qu'une protéine dissoute finira par cristalliser. Ils ne savent pas si ce sera le cas, mais ils espèrent que ce sera le cas. L'une de nos grandes machines peut traiter 1 000 plaques, chaque plaque contenant jusqu'à 96 échantillons différents dans de minuscules tubes à essai ou puits. Vous pouvez donc réaliser 96 000 expériences individuelles en même temps. »

« Dans le passé, un humain examinait chacun de ces puits au microscope. Et lorsque la cristallisation nécessite des températures froides, ils doivent passer des heures dans une chambre froide », ajoute-t-il. « Notre appareil examine 96 échantillons toutes les cinq minutes, 24 heures sur 24. Parfois, la cristallisation d'une protéine peut prendre des semaines. Et parfois, nous obtenons un beau cristal, mais il n'y a que le sel du cocktail dans la solution. Nous avons donc développé différents types de microscopes pour déterminer « Y a-t-il un cristal et s'agit-il d'un cristal protéique ? »

Collaboration en temps réel entre des équipes distribuées

Formulatrix, qui travaille simultanément sur une douzaine de projets de conception actifs, compte 60 employés aux États-Unis et 550 autres employés basés en Indonésie. Sur ce total, 15 ingénieurs en mécanique aux États-Unis travaillent en étroite collaboration avec 85 homologues en Indonésie, ainsi que plus de 100 ingénieurs supplémentaires dans les domaines de l'intégration logicielle, de l'ingénierie des procédés et de la fabrication.

« Nous faisons tout en interne et notre cycle d'itération est très rapide. Nous sommes en mesure de concevoir et de construire des prototypes en quelques jours au lieu de plusieurs semaines ou mois », explique Köchling. « L'un des aspects qui nous ont le plus attirés vers Onshape est la capacité de collaboration de sa plateforme cloud native. La capacité de notre équipe américaine et de notre équipe indonésienne à travailler ensemble en temps réel est extrêmement précieuse. Le décalage horaire est de 12 heures et nous perdions beaucoup de temps lorsque nous devions envoyer des fichiers dans les deux sens. »

Grâce à l'architecture de base de données cloud unique d'Onshape, plusieurs ingénieurs peuvent travailler simultanément sur le même modèle CAO et voir les modifications être mettre à jour au fur et à mesure. Un historique complet des modifications permet de suivre qui a effectué quelles modifications et à quel moment, permettant aux utilisateurs de revenir instantanément à tout moment à n'importe quel état antérieur de la conception.

« Onshape a tout simplement un sentiment d'instantanéité », déclare Köchling. « Cela permet à nos ingénieurs de transmettre l'intention de conception et leur vision de ce que devrait être le modèle sur le moment. En d'autres termes, personne n'a le contrôle exclusif du modèle. Dans un programme comme SOLIDWORKS, le modèle appartient à quelqu'un. Vous pouvez leur dire ce qu'ils doivent faire avec le modèle, mais vous ne pouvez pas littéralement leur retirer la souris des mains si vous êtes à 12 000 miles de distance et changer les choses. »

« Plus il y a d'idées dans un modèle, mieux c'est », ajoute-t-il. « Onshape nous permet d'étudier et d'explorer un éventail de possibilités beaucoup plus large. »

L'impact potentiel d'Onshape sur le service client

Comme Onshape fonctionne sur les téléphones portables et les tablettes, Köchling pense qu'il deviendra bientôt un outil indispensable pour ses ingénieurs de maintenance sur le terrain.

« L'une des choses que nous avons apprises ces dernières années, c'est que certaines de nos premières machines étaient mieux construites que nous ne le pensions », déclare-t-il. « Les gens les utilisent de plus en plus longtemps, même s'ils ont été conçus pour une durée de vie de 5 ans. Il est donc difficile pour nos techniciens de devoir consulter les anciennes révisions de la machine pour s'assurer qu'ils commandent les bonnes pièces. »

« À l'avenir, toutes nos machines seront conçues dans Onshape, il sera plus facile de revenir sur les versions précédentes et de mieux servir les clients sur place », note-t-il.

D'un autre côté, Köchling déclare que son entreprise est extrêmement satisfaite de la réactivité de l'équipe d'assistance d'Onshape.

« Les équipes indonésiennes sont très satisfaites de leurs interactions avec Onshape. Nous avons une liste de choses (nouvelles fonctionnalités/améliorations) que nous aimerions voir, et nous sommes régulièrement informés des progrès de l'équipe de développement », indique-t-il.

Permettre une recherche plus rentable

La cristallisation des protéines est utilisée par les scientifiques depuis plus de 100 ans. Formulatrix, qui a débuté en tant que société de logiciels d'imagerie en 2002, a utilisé la robotique et l'automatisation pour éliminer des heures interminables de travail monotone et répétitif, permettant ainsi aux chercheurs de se concentrer davantage sur les échantillons les plus prometteurs.

Mais les systèmes d'imagerie de l'entreprise permettent également aux équipes de R & D d'étirer leur budget.

« Les protéines étudiées sont généralement très précieuses », explique Köchling. « S'il s'agit d'une protéine humaine, il faut l'extraire du corps d'une manière ou d'une autre. C'est donc très cher, disons environ 5 000$ le gramme. Si je veux effectuer de nombreux tests pour trouver le bon cocktail de cristallisation, je dois utiliser la plus petite quantité de protéines possible. Et je veux que mon tube à essai soit aussi petit que possible. »

« Il y a vingt ans, il n'existait aucun outil permettant d'automatiser la cristallisation des protéines », ajoute-t-il. « Je suis vraiment fier de nos ingénieurs qui développent des appareils qui finissent dans des laboratoires renommés. Dans le domaine de la biotechnologie, il arrive que de nombreuses voies ne fonctionnent pas. Mais les connaissances acquises s'additionnent et, espérons-le, conduiront à d'autres découvertes au fil du temps. »