Formulatrix progetta apparecchiature di automazione di laboratorio per accelerare la ricerca farmaceutica salvavita

Formulatrix produce uno dei frigoriferi più intelligenti al mondo.

Dall'esterno, il ROCK IMAGER 1000 sembra un ibrido tra il caveau di una banca e il frigorifero di un dormitorio. Ma all'interno, un microscopio robotico esegue la scansione, l'imaging e la categorizzazione di migliaia di campioni di proteine per la ricerca farmaceutica. Il processo è molto più rapido e accurato di un occhio umano affaticato e sta accelerando la ricerca di nuovi trattamenti per ogni malattia e disturbo di salute immaginabile.

Con sede a Bedford, Massachusetts, Formulatrix serve circa il 95 percento del mercato dell'imaging a cristallizzazione proteica. L'elenco dei suoi clienti è un «Who's Who» di aziende farmaceutiche e istituti di ricerca accademici, tra cui AMGEN, AstraZeneca, Bayer, Genentech, Johnson & Johnson, Lilly, Merck, Cornell University, Johns Hopkins University, Harvard University e Dartmouth College.

Le proteine sono gli elementi costitutivi dei tessuti e degli organi del corpo, necessari per la loro struttura e funzione. Molte malattie sono collegate alla presenza di una «proteina canaglia», una proteina che non funziona correttamente. La cristallizzazione aiuta i ricercatori a comprendere la composizione atomica delle proteine. Attraverso tentativi ed errori, i ricercatori dissolvono le proteine in vari cocktail chimici per farle cristallizzare come sale. I raggi X possono quindi essere focalizzati attraverso questi cristalli e i modelli di diffrazione possono essere utilizzati per determinare l'esatta disposizione degli atomi nella proteina.

«Questo tipo di ricerca a volte è come una spedizione di pesca», afferma Heinrich Köchling, direttore di Worldwide Engineering presso Formulatrix. «Gli scienziati creano miscele di composti chimici in cui sperano che una proteina disciolta alla fine si cristallizzi. Non sanno che succederà, ma sperano che accada. Una delle nostre grandi macchine è in grado di gestire 1.000 piastre, ciascuna delle quali contiene fino a 96 campioni diversi in minuscole provette o pozzetti. Quindi puoi avere 96.000 esperimenti individuali in corso contemporaneamente».

«In passato, un essere umano esaminava ognuno di quei pozzetti al microscopio. E quando la cristallizzazione richiede temperature fredde, dovrebbero trascorrere ore in una cella frigorifera», aggiunge. «Il nostro dispositivo esamina 96 campioni ogni cinque minuti, 24 ore al giorno. A volte possono essere necessarie settimane prima che una proteina si cristallizzi. E a volte otterremo un bellissimo cristallo, ma nella soluzione c'è solo il sale del cocktail. Quindi abbiamo sviluppato diversi tipi di microscopi per determinare «C'è un cristallo ed è un cristallo proteico?»

Collaborazione in tempo reale tra team distribuiti a livello globale

Formulatrix, che sta lavorando su una dozzina di progetti di design attivi contemporaneamente, ha 60 dipendenti negli Stati Uniti e altri 550 dipendenti in Indonesia. Di questo totale, ci sono 15 ingegneri meccanici negli Stati Uniti che lavorano a stretto contatto con 85 omologhi in Indonesia e altri 100 ingegneri nell'integrazione del software, nell'ingegneria di processo e nella produzione.

«Facciamo tutto internamente e il nostro ciclo di iterazione è molto rapido. Siamo in grado di progettare e costruire prototipi in pochi giorni anziché settimane o mesi», afferma Köchling. «Una delle cose che più ci ha attratto di Onshape sono le capacità collaborative della sua piattaforma cloud‑native. La capacità del nostro team americano e del nostro team indonesiano di lavorare insieme in tempo reale è estremamente preziosa. La differenza di fuso orario è di 12 ore e perdevamo molto tempo quando prima dovevamo inviare file avanti e indietro».

Utilizzando l'esclusiva architettura basata su un database cloud di Onshape, più ingegneri possono lavorare contemporaneamente sullo stesso modello CAD e vedere le modifiche aggiornarsi man mano che si verificano. Una cronologia completa delle modifiche tiene traccia di chi ha apportato quali modifiche e quando, consentendo agli utenti di tornare istantaneamente a qualsiasi stato precedente del progetto in qualsiasi momento.

«Onshape ha solo un senso di immediatezza», afferma Köchling. «Ciò consente ai nostri ingegneri di comunicare l'intento progettuale e la loro visione di ciò che il modello dovrebbe essere in quel momento. In altre parole, nessuno ha il controllo esclusivo sul modello. In un programma come SOLIDWORKS, qualcuno possiede il modello. Puoi dire loro cosa fare al modello, ma non puoi letteralmente togliergli il mouse dalla mano se sei a 20.000 miglia di distanza e cambi le cose».

«Più idee filtrano in un modello, meglio è», aggiunge. «Onshape ci consente di indagare ed esplorare una gamma molto più ampia di possibilità».

Il potenziale impatto di Onshape sul servizio clienti

Köchling afferma che, poiché Onshape funziona su telefoni cellulari e tablet, immagina che diventerà presto uno strumento indispensabile per i suoi tecnici dell'assistenza sul campo.

«Una delle cose che abbiamo imparato negli ultimi anni è che alcune delle nostre prime macchine erano costruite meglio di quanto pensassimo», afferma. «Le persone li usano sempre più a lungo, anche se sono stati progettati per una vita di 5 anni. Quindi è difficile per i nostri addetti all'assistenza dover tornare indietro e rivedere le vecchie revisioni della macchina per assicurarsi che stiano ordinando le parti giuste».

«Poiché tutte le nostre macchine in futuro sono progettate in Onshape, sarà più facile guardare indietro ai precedenti rilasci e servire meglio i clienti in loco», osserva.

Il rovescio della medaglia, Köchling afferma che la sua Company è estremamente soddisfatta della reattività del team di supporto di Onshape.

«I ragazzi in Indonesia sono molto contenti delle loro interazioni con Onshape. Abbiamo una lista dettagliata delle cose (nuove funzionalità/miglioramenti) che vorremmo vedere e siamo aggiornati con una certa regolarità sui progressi del team di sviluppo», afferma.

Consentire una ricerca più efficace in termini di costi

La cristallizzazione delle proteine è utilizzata dagli scienziati da oltre 100 anni. Formulatrix, nata come azienda di software di imaging nel 2002, ha utilizzato la robotica e l'automazione per eliminare infinite ore di lavoro monotono e ripetitivo, consentendo ai ricercatori di dedicare più tempo ai campioni più promettenti.

Ma i sistemi di imaging dell'azienda consentono anche ai team R & D di aumentare il budget.

«Di solito le proteine studiate sono piuttosto preziose», afferma Köchling. «Se è una proteina umana, devi estrarla dal corpo in qualche modo. Quindi è molto costoso, diciamo circa 5.000 dollari per grammo. Se voglio eseguire molti test per trovare il giusto cocktail di cristallizzazione, devo usare la minor quantità possibile di proteine. E voglio che la mia provetta sia la più piccola possibile».

«Vent'anni fa, non esistevano strumenti per automatizzare la cristallizzazione delle proteine», aggiunge. «Sono davvero orgoglioso dei nostri ingegneri che stanno sviluppando dispositivi che finiscono in laboratori molto famosi. Nella biotecnologia, a volte molti percorsi non funzionano. Ma le conoscenze acquisite si sommano e, si spera, porteranno ad altre scoperte nel tempo».