Bewertung automatisierter Liquid-Handling-Lösungen

Brandoch Cook, PhD, ist ein freiberuflicher wissenschaftlicher Autor. Er ist erreichbar unter: [email protected].

Ein Liquid-Handling-System ist oft das Herzstück der Laborautomatisierung. Dies kann bei der Entdeckung und Validierung von Arzneimitteln in großen Pharmaunternehmen der Fall sein, bei der Erkennung von Infektionskrankheiten in klinischen Labors, bei der Durchführung chemischer Screening- und Next-Generation-Sequencing-Workflows (NGS) in zentralen Universitätseinrichtungen sowie bei Big-Data-gesteuerten Experimenten, die viele Proben erfordern und in einzelnen Forschungslaboren repliziert. Obwohl es sich um sehr unterschiedliche Umgebungen mit unterschiedlichen Anliegen und Zielen handelt, besteht die Devise darin, dass die Delegation einer Teilmenge von Laboraufgaben an eine Roboterplattform sowohl Effizienz als auch Reproduzierbarkeit verleiht, die von Menschenhand nicht erreicht werden können.

Denken Sie zum Beispiel daran, dass Sie selbst oder Ihr Laborpersonal vergleichsweise einfache Aufgaben wie die Extraktion und Reinigung von Nukleinsäuren ausführen. Um diese Arbeitsabläufe zu optimieren, ist es oft erforderlich, die Probenanzahl mit der Kapazität einer Laborzentrifuge zu koordinieren. Wie Sie auf die harte Tour herausgefunden haben, steigt die Zeit für die Durchführung einer Extraktionsrunde exponentiell und nicht linear an, wenn Sie 24 oder 48 Proben wiederholt waschen, aspirieren und herunterzentrifugieren müssen. Darüber hinaus kann es äußerst schwierig sein, die Möglichkeit eines einzelnen Kennzeichnungs- oder Übertragungsfehlers, der sich über den gesamten Vorgang erstreckt, zurückzuverfolgen und zu identifizieren.

Ein unerkannter manueller Fehler kann katastrophale Auswirkungen auf Budget, Zeit und Gesamterfolg des Projekts haben.

Denken Sie nun darüber nach, groß angelegte Experimente zu entwerfen und durchzuführen, um komplizierte Datensätze zu generieren und dabei wertvolle Reagenzien wie Antikörper oder rekombinante Proteine ​​zu verwenden. Ein unerkannter manueller Fehler kann katastrophale Auswirkungen auf Budget, Zeit und Gesamterfolg des Projekts haben. Darüber hinaus erfordern große Datensätze zwangsläufig zusätzliche technische und biologische Replikate, um immer strengere statistische Signifikanzschwellen zu erreichen. Die Automatisierung der Flüssigkeitsbewegung für sich wiederholende Schritte ermöglicht eine genaue Kontrolle der Volumina, eine fehlerfreie Verteilung über Hunderte von Proben und minimiert den Reagenzienabfall. Am wichtigsten ist jedoch, dass Liquid-Handling-Systeme Reaktionen miniaturisieren können, die über das hinausgehen, was wir physikalisch erreichen können, einschließlich der reproduzierbaren Befüllung von 1.536-Well-Platten in Volumina im Submikroliterbereich.

Dieser Fortschritt war für die moderne Ära der biomedizinischen Wissenschaft unverzichtbar, und Liquid-Handling-Systeme können jetzt von industriellen Hochdurchsatz-Plattformen für chemisches und Antikörper-Screening (HTS) oder Proteinstruktur-Charakterisierungsplattformen bis hin zu Tischplattformen skaliert werden, die eine vollständige oder teilweise Automatisierung integrieren können in alltägliche Laborabläufe, wie die Vorbereitung von NGS-Bibliotheken, die Einrichtung von qPCR und die vergleichsweise einfache Neuformatierung von Flüssigkeitsreservoirs in Mikrotiterplatten.

Die ersten reflexartigen Bedenken, wenn man über den Kauf eines Liquid Handlers nachdenkt, werden Geld und Platz sein. Wie sieht angesichts Ihres aktuellen und geplanten Budgets der Zeitrahmen für eine Kapitalrendite für das Instrument und seine Anhänge aus? Können Sie in den nächsten Jahren alles physisch in Ihre Arbeitsabläufe integrieren und dabei sowohl die direkte Stellfläche des Instruments als auch den negativen Raum um das Instrument herum berücksichtigen, um Bewegungsfreiheit und Benutzersicherheit zu gewährleisten?

Der erste Schlüssel zur Beantwortung dieser Fragen besteht darin, eine Beziehung mit einem Vertreter des Produktanbieters aufzunehmen, der ein umfassendes Verständnis Ihrer aktuellen und zukünftigen Projektanforderungen entwickeln kann. Ein Anbieter sollte in der Lage sein, die Größe und den Umfang der Instrumentierung auf der Grundlage der Anzahl und Art der zu verarbeitenden Proben, der benötigten kompatiblen externen Geräte und der Anpassungsfähigkeit des Systems an zukünftige Anforderungen vorherzusagen. Wenn Sie beispielsweise innerhalb von sechs Monaten einen völlig neuen Test oder Arbeitsablauf hinzufügen müssen, wie einfach ist das, und deckt Ihr Serviceplan die neue Anpassung ab?

Die ersten reflexartigen Bedenken, wenn man über den Kauf eines Liquid Handlers nachdenkt, werden Geld und Platz sein.

Der Anbieter sollte über Spezifikationen verfügen, die über den Platzbedarf und den Stromverbrauch hinausgehen. Dazu kann gehören, ob der Variationskoeffizient eines Handlers über einen Bereich von Volumina ausreichend klein ist, um Ihren Arbeitsablaufanforderungen gerecht zu werden; Welche Tests, Kits und Reagenzien sind mit dem Gerät kompatibel und/oder validiert und wie bestimmen sie das Qualitätsmanagement und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften? und die durch die Automatisierung entstehenden Leer- oder Totmengen, die entsorgt werden müssen, und wie sich dies in quantifizierbaren langfristigen Einsparungen niederschlägt (oder auch nicht). Schließlich sollte der Anbieter in der Lage sein, eine Reihe von Serviceverträgen bereitzustellen, die auf Ihre individuelle Einrichtung zugeschnitten sind, und realistische Schätzungen der erwarteten Ausfallzeiten während der Wartung abzugeben.

Sobald Sie diese wichtige Beziehung aufgebaut haben, müssen Sie noch viele weitere Folgefragen stellen, von denen einige unten aufgeführt sind:

• Da der Liquid-Handling-Roboter eine lange Lebensdauer hat, stellt sich die Frage: Inwieweit wird er anpassungsfähig sein, um (1) Anbaugeräte zu integrieren, einschließlich solcher, die möglicherweise noch nicht verfügbar sind und/oder von Wettbewerbern auf dem Markt stammen, und (2) eigene Fähigkeiten aufzubauen? durch modulare Skalierung und Anpassung Ihre künftig geplanten experimentellen Arbeitsabläufe beeinflussen?

• Welche Sicherheitsfunktionen sind im Instrumentendesign und im spezifischen kundenspezifischen Paket enthalten, sowohl im Hinblick auf die Datenspeicherung und -prüfung als auch auf die Benutzersicherheit durch Roboterhaptik und Bewegungserkennung?

• Wie intuitiv und benutzerfreundlich ist das System, vom Liquid-Handling-Roboter selbst bis zum Decklayout, und wie einfach ist es darüber hinaus, Volumina, Probenzahlen und die räumliche Anordnung der Proben in ihren Zielplatten und Wells zu ändern?

• Um das Thema Benutzerfreundlichkeit zu erweitern:

- Wie einfach ist die Benutzerschulung zu Hardware und Software, vom Standpunkt der Programmierung am Frontend und der Analyse am Backend aus?

- Welche spezifischen Elemente in den verfügbaren Softwarepaketen fördern die Benutzerfreundlichkeit? Läuft es beispielsweise analog zu MS-Office-Apps mit Kopier-, Einfüge- und Speicherfunktionen? Kann der Benutzer bei Bedarf oder Wunsch die Robotersteuerung außer Kraft setzen und Maus und Tastatur steuern? Und schließlich: Sind die Hilfeseiten tatsächlich hilfreich?

Wenn Sie mit Ihrer Kunden-Lieferanten-Beziehung zufrieden sind, diese Fragen beantworten können und Ihre zukünftigen Anwendungen und Bedürfnisse sicher vorhersehen können, dann sind Sie wahrscheinlich bereit, ein Liquid-Handling-System zu kaufen und in eine neue Welt automatisierter Konsistenz und Zuverlässigkeit einzutreten.