Az életképesség határa
Melyik gyógyszer képes legyőzni a rákot? Milyen dózissal érhető el a kívánt eredmény mellékhatások nélkül? Milyen határon túl válik mérgezővé egy hasznos gyógyszer? Ma ezekre a kérdésekre a sejttenyészeteken végzett tesztsorozatok adnak választ, amik az orvosi kutatások legfontosabb eljárásai közé tartoznak.

 

Életmentés, betegségek gyógyítása, a tünetek enyhítése – a modern gyógyszerek milliószor teszik meg ezt nap mint nap. De messze vagyunk attól, hogy minden panaszra legyen gyógyszer. Sőt, a koronavírus tudatosította bennünk, hogy folyamatosan jelennek meg új betegségek a már ismertek mellett. Új gyógyszerekre tehát állandóan szükség van, és a fejlesztésük is folyamatos. Ezeknek a gyógyszereknek természetesen hatékonynak és biztonságosnak kell lenniük – ideális esetben még azelőtt, hogy embereken tesztelnék azokat.

Ez az utolsó szakasz – a klinikai vizsgálati fázis – elengedhetetlen. Egy gyógyszeripari termékek hatásáról azonban már a laboratóriumban is sokat meg lehet tudni, mivel ez a hatás nagyrészt az emberi test sejtjeiben bontakozik ki. Ezért egy sejttenyészet is helyettesítheti a gyógyszer „élesben történő” kipróbálását.

„Meghatározhatjuk például azt a határértéket, amely felett egy anyag mérgezővé válik a sejtekre nézve – magyarázza Nagy Márton, a müncheni INCYTOИ vállalat biotechnológiai fejlesztője. – Ez nemcsak a gyógyszerekre vonatkozik, hanem például a lehetséges környezeti toxinokra is. A tenyészetet tartalmazó tápoldatba egy bizonyos mennyiségű anyagot helyezünk és figyeljük a sejtek reakcióját.

A mennyiséget ezután növeljük. Egyes mérési adatok és a mikroszkóppal végzett optikai monitorozás alapján meghatározhatjuk azt a pontot, ami a sejtek szempontjából kritikussá válik. Ez az érték átszámítható az ember testtömegére. A gyakorlatban a dózis megengedett határértékét általában ennek a kritikus értéknek a töredékeként határozzák meg.” Egy gyógyszerészeti kutatás során sok tesztet végeznek rákos sejtek felhasználásával. Ezeknél a sejteknél azonban fordított a cél: itt azt kell meghatározni, hogy melyik gyógyszer milyen mennyiségben gátolja a szaporodást, vagy pusztítja el teljesen a rákos sejteket.

 

 

A sejtek megfigyelése egy többrétegű és mindenekelőtt viszonylag időigényes folyamat. Egyetlen vizsgálat átlagosan körülbelül három napot vesz igénybe. Ebben az időszakban számos egyedi mérést hajtanak végre, és a sejteket rövid időközönként ismételten lefényképezik. A képsorozatok összevonhatók, és így létrehozható egy time-lapse film, amely bemutatja a sejtnövekedés menetét. Három fizikai mennyiséget vizsgálnak a mérések során: oxigéntartalom, pH-érték, illetve a sejtréteg elektromos ellenállása.

A fizikai mennyiségekből kinyert információ

Ezen mennyiségek értékét a sejtek metabolizmusa befolyásolja. Egészséges állapotban például a sejtek több oxigént fogyasztanak, mint amikor már egy bevezetett gyógyszer (mellék)hatása érződik rajtuk. A pH-érték hasonló módon viselkedik: mivel a sejtek anyagcseréje savas anyagokat eredményez, a pH-érték általában a savas tartományba esik. Ha ez csekélyebb mértékben van jelen, akkor az anyagcsere serült. Az eltérés mértéke utal a gyógyszer hatására. Az elektromos ellenállás (impedancia) viszont a sejtek számának növekedésével erősödik. Egy késleltetett növekedés pedig kimutatja, hogy a sejteket milyen erős befolyás érte.

Mindeddig az ilyen tesztsorozatok nagyon sok manuális munkát igényeltek. A különféle lépéseket csak részben lehetett automatizálni. A CYRIS FLOX segítségével az INCYTOИ  egy teljesen automatikus eszközt hozott létre, amely emberi beavatkozás nélkül végzi el a többnapos tesztfutást, és az eredményeket teljes mértékben dokumentálni is képes.

 

 

A tesztelrendezés középpontjában egy átlátszó anyagból készült mikrotitráló lemez áll, amely 24 üreggel vagy tesztkamrával rendelkezik. Ezek úgy tartják a sejtmintákat, mint a miniatűr Petri-csészék. A robotkaron lévő 24 pipetta a kis kultúrákat tápoldattal látja el, ezenkívül a vizsgálandó anyagokat is adagolja. Ennek során minden pipettához különböző oldalösszetétel választható. Minden tesztkamrában érzékelők mérik az oxigéntartalmat, a pH-értéket és az elektromos ellenállást. Az egyes tesztkamrákat alulról, egy mikroszkóp lencsén keresztül rendszeres időközönként lefényképezik.

Fejlesztés az automatizáláshoz

Az INCYTOИ  egy akadémiai gyökerekkel rendelkező start-up vállalkozás. A társaság alapítói korábban egyetemi kutatásokban vettek részt, ahol más gyártók motorjait használták készülékük kezdeti prototípusaihoz. Ezek nem bizonyultak megfelelőnek, így később a Faulhaber modelljeivel helyettesítették azokat. A kompakt kialakítás és a megbízhatóság meggyőzőnek bizonyult. Amikor a sorozatgyártásra szánt rendszer továbbfejlesztésére került sor, nem kellett új hajtástechnikai beszállítót keresni. Ezen a területen azonban új célokat határoztak meg.

„A lehető legkevesebb különböző motorral akartunk dolgozni – mondja Matthias Moll, a fejlesztés vezetője a kiinduló helyzetet ismertetve. – A vezetékezésben is szerettünk volna egy egyszerűbb elrendezést elérni. Olyan meghajtót kerestünk, amelybe már beépítették az elektronikát. Korábban az a robotkar vezérlő elemében kapott helyet, ami azt jelentette, hogy egy mozgó elemben sok kábelcsatlakozásra volt szükség.” Ezenkívül a motoroknak képesnek kell lenniük a hibák jelentésére, például ha a túlmelegedés mechanikai elzáródást okoz, vagy azzal fenyeget.

A CxD sorozat integrált mozgásvezérlőjével kombinálva a 2232…BX4 kefe nélküli szervomotor megfelel az INCYTOИ technikusainak – a rendkívül kompakt kialakítás és nagy teljesítmény, az alacsony súly és térfogat, valamint a laboratóriumi használhatóság minden új és meglévő követelménynek megfelel. A CYRIS FLOX elemző készülékbe hat motort építettek be. Ezek közül három a pipettázó fejet mozgatja három tengelyen a robotkarban.

Ezek felelnek a pipetták pontos mozgatásáért a mikrotiter próbakamrák felett, valamint az oldat közvetlenül a kamrák felett történő kieresztéséért. A negyedik motor 24 szívódugattyút hajt meg, amelyek steril pipettahegyekben 200 μl táptalajt szállítanak. A mikroszkópot a sejtminták alatt egy XY asztalon két motor mozgatja. Az egyes tesztkamrák fényképeit alulról készítik el a mikrotiter lemezek átlátszó anyagán keresztül.

Pontosság és megbízhatóság folyamatos működés alatt

„Annak érdekében, hogy a time lapse segítségével később nyomon lehessen követni az egyes sejtek fejlődését, a lencsének mindig pontosan ugyanabban a pozícióban kell lennie a tesztkamra alatt – mondja magyarázatképpen Matthias Moll. – A Faulhaber motorok segítségével az asztalt két mikrométeres távolságon belül, pontosan pozícionálhatjuk.” Összehasonlításképpen: az emberi haj vastagsága 50 és 70 mikrométer között van. A pipettafej dugattyúit hajtó motornak szintén nagyon pontosan kell működnie. Csak akkor hozhatók létre érvényes vizsgálati eredmények, ha a folyadék mennyisége pontosan megfelel a specifikációnak.

A CYRIS FLOX rendszerekben a pontosság fenntartása folyamatos feladat. A pontos mozgás kulcsa a megismételhetőség, amit a tesztnapokon ismételten, rövid időközönként, eltérés nélkül kell elvégezni. „A lehető legnagyobb megbízhatóságot várjuk el a meghajtásoktól a folyamatos működés során – hangsúlyozza a fejlesztési vezető. – Csak ezután teremtjük meg a feltételeket egy hosszú műveletre.

A laboratóriumi automatizálás világában így nevezzük azt az időt, ami alatt egy teszt emberi beavatkozás nélkül is futhat. A CYRIS FLOX segítségével ez az idő néhány percről órákra vagy napokra hosszabbítható meg. A magasan képzett tudósok és laboratóriumi technikusok időközben más munkát is végezhetnek. A laboratóriumi műveletek hatékonysága így megnő, a működési költségek csökkennek, és a beruházás gyorsan megtérül.”

Átadták a Knorr-Bremse budapesti vasúti Szerviz Központját
A 2,5 milliárd forint értékben 4 500 négyzetméteren megvalósult fejlesztésnek köszönhetően több mint 100 partnert szolgálhatnak ki komplex felújítási projektek keretében a magyar szakemberek Európa számos országában.
A rendszer alkalmazkodóképességének nincsenek határai
A Tárgyak Internete (IIOT) lehetővé teszi az individualizált termékek automatikus előállítását – akár egyetlen darabos gyártásban is. Teljesen új értelmet nyer az alkatrészek összeszerelésének folyamata.
A magyarok kedvenc elektromos autója
Hazánkban is egyre népszerűbbek az elektromos autók, köszönhető ez a növekvő környezettudatosságnak, az állami támogatásoknak és a dinamikusan bővülő töltő hálózatnak is.
Miért bízzunk az önvezető autókban?
Nem könnyű átengedni az irányítást egy gépnek, ezért a Bosch mérnökei azon dolgoznak, hogy nyugodt szívvel ülhessünk be az emberi beavatkozást nem igénylő járművekbe.
Elektrotechnikai tervezőszoftver kezdőknek és haladóknak
Megérkezett az új Eplan Platform 2022. Az új verzióval az Eplan az elektrotechnikai tervezés jövőjét mutatja be fókuszban a könnyű kezelhetőséggel.