Innovation treibt die Biowissenschaften an. Warum verwenden wir also immer noch Labornotizbücher aus Papier?

1950 verdoppelte sich das medizinische Wissen alle fünfzig Jahre.

1980 betrug die Verdoppelungszeit sieben Jahre.

Bis 2010 wurde es auf dreieinhalb Jahre verkürzt.

Und die Geschwindigkeit des Datenwachstums nimmt weiter zu. Allein 2013 wurden weltweit 153 Exabyte an Gesundheitsdaten generiert, bis 2020 waren es geschätzte 2.314 Exabyte.

Diese Beschleunigung ist unglaublich, aber sie findet unabhängig davon statt, wie all diese Informationen verwendet werden. In diesem Blog werden wir einen Überblick über die Innovation geben, die zu unserem aktuellen goldenen Zeitalter der Laborautomatisierung geführt hat, und darüber, wie das Datenmanagement in den Biowissenschaften weiter verbessert werden kann.

Innovation erzeugt Innovation: Historische Beispiele aus den Biowissenschaften

Als ich zum ersten Mal las, dass sich die Datendauer in den letzten Jahrzehnten verdoppelt hat, fragte ich mich, was zu einem so schnellen Anstieg dieser Zeitlinien geführt hat. In den 1950er Jahren erhielten John Enders, Thomas Weller und Frederick Robbins den Nobelpreis dafür, dass sie Polioviren in Kultur züchteten, den Weg für die groß angelegte Impfstoffproduktion ebneten und zur Entwicklung der Masern-, Mumps-, Röteln- und Windpockenimpfstoffe beitrugen.

Vor dieser Entwicklung wurden 1910 die ersten elektrisch angetriebenen Zentrifugen eingeführt, und in den späten 1940er Jahren wurden die ersten subzellulären Komponenten durch Zentrifugation isoliert. Kurz nachdem sich diese Techniken als hilfreich erwiesen hatten, kam es zu den oben genannten Durchbrüchen von Enders, Weller und Robbins.

War das der einzige Grund?

Mit ziemlicher Sicherheit nicht. Die fortgesetzte Innovation revolutionierte jedoch das Wissen von Enders und Kollegen über die Struktur, Zusammensetzung und Funktion intrazellulärer Komponenten. Außerdem wurde das unglaubliche Potenzial der Zentrifugation für die biomedizinische Forschung demonstriert.

Gehen Sie weiter in die 70er und 80er, als Walter Fiers der erste war, der die DNA eines kompletten Gens sequenzierte (das Gen, das für das Hüllprotein eines Bakteriophagen MS2 kodiert). Als Nächstes führte Fredrick Sanger die Methode zur Sequenzierung von DNA-Molekülen zur Didesoxykettenabbruchmethode ein, die seit über 30 Jahren die am weitesten verbreitete Methode war.

Die Sanger-Sequenzierung war jedoch nicht automatisiert und sehr zeitaufwändig. 1987 gelang es Leroy Hood und Michael Hunkapiller, die Sanger-Sequenzierung zu automatisieren, indem sie zwei wichtige Verbesserungen an der Methode vornahmen. DNA-Fragmente wurden mit fluoreszierenden Farbstoffen anstelle von radioaktiven Molekülen markiert, und die Datenerfassung und Analyse wurden am Computer ermöglicht. Die Entwicklung des AB370A im Jahr 1986 war ein großer Schritt zur Erhöhung des Durchsatzes dieser revolutionären Technik, die zur Sequenzierung von 96 Proben gleichzeitig führte.

So wurde die „Sequenzierung der ersten Generation“ geboren.

Als Nächstes am Horizont: Liquid Handling und Automation

Die Art und Weise, wie die Automatisierung zur Weiterentwicklung der DNA-Sequenzierung beitrug, war ein Meilenstein für die weitere Laborautomatisierung. Der erste automatisierte Liquid-Handler wurde gebaut, als das erste komplette Gen sequenziert wurde. Wie bereits erwähnt, erfolgte seine Entwicklung in diskreten Schritten.

In den 70er Jahren fügten Unternehmen Pipetten einen Motor hinzu, um das Absaugen und Dosieren zu steuern.

In den 80er Jahren sahen wir komplette Workstations, die komplexe Protokolle ausführen konnten.

Und in den 90er Jahren wurde das Hochdurchsatz-Screening entwickelt,

Anfang der 2000er Jahre folgte Next-Generation-Sequencing (NGS).

Bald darauf brachte die Weiterentwicklung des Computers und der benutzerfreundlichen Software von Unternehmen wie Eppendorf die Handhabung von Flüssigkeiten in den Mainstream.

Der Umgang mit Flüssigkeiten ist eine der variabelsten Aufgaben in einem Labor und zweifellos die zeitaufwändigste. Die Entwicklung automatisierter Arbeitsplätze in Kombination mit dem modernen Computer hat sicherlich zum Anstieg der wissenschaftlichen Erkenntnisse beigetragen.

Die Kosten automatisierter Instrumente verbieten jedoch seit langem eine flächendeckende Implementierung. Denken Sie daran, dass in den 80er und 90er Jahren Automatisierung verfügbar war, aber nur für Labore und Unternehmen, die bereit waren, ein nettes Sümmchen für die Workstations auszugeben. Die Unternehmen, die diese Geräte herstellten, benötigten spezielle Softwareprogrammierer; einige benötigen diese Spezialität immer noch!

Erst in den frühen 2000er Jahren wurde die Automatisierung aufgrund niedrigerer Kosten und höherer Benutzerfreundlichkeit leichter zugänglich. Nicht nur die Pharmaunternehmen und gut finanzierten Biotechnologieunternehmen hatten mehr Zugang dazu. Mit der Veröffentlichung von Liquid-Handlern aus Eppendorf, wie dem erstes automatisiertes Pipettiersystem, das epMotion, jedes Labor konnte eine drastische Reduzierung seiner Pipettierfehler, einen höheren Durchsatz und eine bessere Einhaltung strenger behördlicher Anforderungen feststellen. Automatisierte Arbeitsabläufe sorgen heute für enorme Innovationen und Durchbrüche. Im Folgenden erläutern wir, warum automatisierte Flüssigkeitshandler, insbesondere epMotion von Eppendorf, in einem Forschungslabor unverzichtbar sind und welche zahlreichen Vorteile sie haben:

1. Präzision und Genauigkeit: Eines der Hauptmerkmale des Eppendorf epMotion Liquid Handlers ist seine außergewöhnliche Präzision und Genauigkeit. Mit fortschrittlichen Pipettiertechnologien, innovativer Füllstandserkennung und intelligenten Softwarealgorithmen gewährleistet das epMotion-System ein präzises und reproduzierbares Pipettieren von Proben, Reagenzien und Puffern. Dieses Maß an Genauigkeit minimiert menschliche Fehler, erhöht die experimentelle Zuverlässigkeit und verbessert die Datenqualität erheblich.
2. Flexibilität und Skalierbarkeit: Die epMotion-Serie von Eppendorf bietet eine breite Palette von Plattformen für den Umgang mit Flüssigkeiten, um den unterschiedlichen Anforderungen von Labors gerecht zu werden, von kleinen Forschungsprojekten bis hin zu Anwendungen mit hohem Durchsatz. Ganz gleich, ob Sie ein kompaktes Tischsystem oder eine vollautomatische Roboter-Workstation benötigen, Eppendorf bietet eine Lösung, die auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnitten werden kann.
3. Intuitive Software und benutzerfreundliche Oberfläche: Eppendorf weiß, wie wichtig Benutzererfahrung ist, und hat eine benutzerfreundliche Softwareschnittstelle für den epMotion Liquid Handler entwickelt. Die intuitive Software ermöglicht die einfache Programmierung von Pipettierprotokollen, Probenverfolgung und Datenmanagement. Die grafische Benutzeroberfläche (GUI) bietet eine schrittweise Anleitung und macht es erfahrenen Forschern und Neueinsteigern leicht, das System effizient zu bedienen. Darüber hinaus kann die Software nahtlos in Laborinformationsmanagementsysteme (LIMS) integriert werden, um die Datenübertragung und Analyse zu optimieren.
4. Vielseitigkeit in allen Anwendungen: Der Eppendorf epMotion Liquid Handler eignet sich für verschiedene Anwendungen, darunter Genomik, Proteomik, Wirkstoffforschung, Assayentwicklung und mehr. Seine flexiblen Pipettierfunktionen ermöglichen die präzise Handhabung verschiedener Probentypen, Volumina und Formate, einschließlich Mikroplatten, Röhrchen und Reservoirs. Ganz gleich, ob Sie ein PCR-Setup, eine Nukleinsäure-Reinigung, serielle Verdünnungen, Probentransfers oder die Vorbereitung der NGS-Bibliothek durchführen müssen, das epMotion-System kann Ihren Arbeitsablauf optimieren und wertvolle Zeit sparen.
5. Qualität und Support von Eppendorf: Eppendorf ist bekannt für sein Engagement für Qualität und Kundenbetreuung. Der epMotion Liquid Handler besteht aus hochwertigen Materialien und wird strengen Tests unterzogen, um Zuverlässigkeit und langfristige Leistung zu gewährleisten. Das weltweite Netzwerk von Service- und Support-Teams von Eppendorf bietet zeitnahe Unterstützung, Problembehebung und Wartung und gewährleistet so den unterbrechungsfreien Betrieb Ihres Liquid-Handling-Systems.

Diese Vorteile und die langjährige Erfahrung von epMotion bei der Einführung und Förderung der Laborautomatisierung haben es der Life-Science-Branche ermöglicht, weiterhin innovativ zu sein.

Datenmanagement auf Papier: Ein Problem, das reif für Innovationen ist

Wir haben Technologie eingesetzt, um die Sequenzierung und den Umgang mit Flüssigkeiten voranzutreiben und zu beschleunigen, aber andere Dinge, die wir in Labors tun, sind kläglich archaisch geblieben.

Ich bin immer noch verwirrt, wenn ich mit Forschern und Laboren an der Automatisierung ihrer Methoden arbeite, und die meisten Labormitglieder sind es immer noch Herumtragen riesiger Notizbücher gefüllt mit ihren Protokollen, Notizen, Ergebnissen, Optimierungen usw.

Das gleiche Verfahren wurde bereits 1950 angewendet, als Enders, Weller und Robbins das Poliovirus auf der Suche nach einem Impfstoff kultivierten. Doch wie ich zu Beginn dieses Blogs sagte, ist die Datenmenge, die von Laborwissenschaftlern generiert wurde, explosionsartig angestiegen! Wie kann die Life-Science-Branche damit rechnen, sie nur mit Papier zu verwalten?

Es ist Zeit für Labornotebooks der nächsten Generation

eLabNext ist entscheidend für den nächsten Schritt unseres Fortschritts in der wissenschaftlichen Industrie: Es bietet eine digitale Plattform für die Nachverfolgung Ihrer Proben, die Integration mit automatisierten Liquid-Handlern, die Abbildung und Visualisierung Ihres Workflows, die Sicherheit Ihrer Daten, die Verwaltung Ihres Inventars und die einfache Zusammenarbeit. eLabNext bietet eine Möglichkeit, nützliche und verwertbare Daten zu organisieren und somit zu priorisieren.

Bei Eppendorf und eLabNext haben wir eine Komplettlösung für das moderne Labor: Probenverfolgung von Von der Probe bis zur Kühllagerung, Bearbeitung auf Ihrem epMotion, und darüber hinaus.

Und jetzt, da KI in den Biowissenschaften immer mehr Einzug hält, ist die Integration mit digitalen Plattformen die nächste spannende Innovation am Horizont! Lesen 10 umsetzbare Schritte für den Einsatz von KI in Ihrem Forschungslabor um mehr zu erfahren.