Sobota, 26 listopada 2022

COVID-19 i wzrost znaczenia automatyzacji

14 czerwca 2022

Codziennie powstają setki tysięcy próbek COVID-19, które muszą być śledzone, badane i rejestrowane. Zjawisko to wywołało nową falę automatyzacji w sektorze opieki zdrowotnej, aby poradzić sobie ze zwiększoną przepustowością bez przeciążenia. Ośrodki badawcze, laboratoria, firmy biotechnologiczne i farmaceutyczne w taki czy inny sposób zaadaptowały automatyzację w celu przyspieszenia procesów pobierania, testowania i odkrywania leków.

Producenci zestawów do badań COVID-19

Aby ułatwić proces zbierania i testowania próbek, kilka firm wyprodukowało zestawy do testowania COVID-19. Obecnie na rynku dostępne są dwa główne rodzaje zestawów: zestawy do pobierania próbek i zestawy do szybkiego testowania. Chociaż zawartość zestawów różni się nieznacznie, proces ich łączenia stanowi podobne wyzwanie. Zestawy te są szczególnie przydatne w laboratoriach, gdzie pomagają zachować ważne materiały do badań i umożliwiają przetworzenie znacznie większej liczby próbek w tym samym czasie. Ostatnio pojawiły się nowe wersje tych zestawów, które umożliwiają również badanie grypy A i B, co jeszcze bardziej zwiększa ich przydatność jako narzędzia diagnostycznego.

Zestawy do pobierania próbek zawierają przede wszystkim wacik oraz fiolkę z podłożem transportowym, aby zapewnić odpowiednie zabezpieczenie próbki podczas transportu. Fiolka ta powinna być oznaczona etykietą zawierającą pola umożliwiające dodanie istotnych informacji o pacjencie dla celów śledzenia. Zautomatyzowane etykieciarki, w połączeniu z urządzeniami do obsługi płynów, mogą znacznie usprawnić proces montażu, dodając środek transportowy do każdej probówki, a także drukując i umieszczając etykietę na fiolce. Dodatkowa dokładność systemów automatycznych zapewnia także prawidłowe umieszczenie etykiety za każdym razem.

Zestawy do badań zazwyczaj zawierają niezbędne odczynniki PCR potrzebne do sprawdzenia, czy próbka jest dodatnia na obecność SARS-CoV-2. Zestawy składają się zazwyczaj z czterech oddzielnych fiolek, zawierających mieszanki primerów i sond do wykrywania określonych genów SARS-CoV-2, kontrolę ujemną oraz niezakaźną kontrolę dodatnią, która powinna dać wynik dodatni w każdym teście. Podobnie jak w przypadku zestawów do pobierania próbek, zautomatyzowane etykieciarki mogą przyspieszyć proces montażu, dodając odpowiedni odczynnik do każdej probówki i naklejając właściwą etykietę. Zautomatyzowane etykieciarki można również wykorzystać do identyfikacji samego zestawu za pomocą kodów kreskowych lub informacji seryjnych. Automatyzacja może odgrywać ważną rolę w zwiększaniu wydajności - od montażu zestawu po pakowanie.

Przetwarzanie próbek laboratoryjnych

Laboratoria przetwarzające próbki COVID-19 mają do czynienia z ogromnym wzrostem obciążenia pracą. Przed wybuchem pandemii większość laboratoriów badawczych przetwarzała około 5000 próbek dziennie. Obecnie mogą one zostać poproszone o przetworzenie prawie 100 000 próbek w tym samym czasie. Każda badana próbka musi być wprowadzona do systemu, przetworzona i przeanalizowana. Odbywa się to za pomocą łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR), co może wymagać użycia probówek i płytek PCR. Przygotowanie każdej pojedynczej próbki może być czasochłonne. Biorąc pod uwagę liczbę próbek do przetworzenia i potrzebę szybkiego czasu realizacji, laboratoria wykorzystują wszelkie możliwe narzędzia, aby usprawnić analizę bez zwiększania liczby personelu. Dlatego etykiety laboratoryjne COVID-19, zaprojektowane tak, aby były kompatybilne ze zautomatyzowanymi systemami drukowania i naklejania, doskonale nadają się do obsługi zwiększonej ilości próbek, które są obecnie generowane.

Laboratoria od lat dążyły do automatyzacji. Pandemia tylko przyspieszyła ten proces. W połączeniu z systemem skanowania kodów kreskowych, zautomatyzowane systemy mogą łączyć wszystkie maszyny testujące w jedną całość, umożliwiając pobranie próbki na zautomatyzowanych liniach. Mogą one nawet obejmować roboty, które dostarczają i pobierają próbki, a po zakończeniu badań przenoszą je do chłodni. Systemy te mają wiele zalet, od redukcji błędów po oszczędność czasu i pieniędzy. Jest to szczególnie istotne w przypadku laboratoriów, które muszą przetwarzać duże ilości próbek lub wykonywać badania przesiewowe o dużej wydajności, ponieważ zautomatyzowane systemy etykietowania eliminują konieczność ręcznego etykietowania fiolek i płytek. Co więcej, automatyczne etykieciarki są znacznie bardziej konsekwentne przy nakładaniu etykiet, co zmniejsza liczbę błędów, ponieważ etykiety są mniej podatne na marszczenie lub odklejanie, a skanowanie kodów kreskowych jest bardziej niezawodne.

Możliwość wyposażenia automatycznych urządzeń w dodatkowe elementy i akcesoria dodatkowo zwiększa ich wszechstronność w laboratorium. Można je wyposażyć w opcje weryfikacji, w tym skanery i imagery, aby zapewnić możliwość skanowania kodów kreskowych i czytelność tekstu w miarę postępu prac na linii produkcyjnej. Dodanie podajników probówek, podajników cieczy i zakraplaczy/odkraplaczy może znacznie skrócić czas manipulacji. Dzięki temu personel może ustawić probówki, płytki, etykiety, bufory, włączyć urządzenie i odejść, aby wykonać inne zadania.

Zastosowanie automatyzacji w technice PCR w czasie rzeczywistym (RT-PCR) może być nieco bardziej skomplikowane w praktyce, ponieważ wymaga specjalistycznego sprzętu i etykiet. Jednak nawet niewielka automatyzacja może mieć duże znaczenie. W całym laboratorium można zautomatyzować drobne zadania, aby przyspieszyć cały proces, od wprowadzania danych po proces ekstrakcji DNA. Wprowadzanie danych jest często pomijane w tym kontekście, ale cyfryzacja systemu rejestrowania informacji o pacjencie i próbkach może uwolnić czas personelu i zapewnić dokładniejsze zapisy. Choć pełna automatyzacja procesu nie jest jeszcze możliwa, można skonfigurować sprzęt do pracy przed i po procesie PCR, aby zmniejszyć obciążenie pracą. Jeśli chodzi o etykiety, powinny one mieć szeroki zakres temperatur roboczych, wytrzymywać wysokie temperatury występujące podczas cyklu PCR, ale także warunki kriogeniczne wymagane podczas późniejszego przechowywania.

Źródło: Honeywell

Rozwój leków i szczepionek

Firmy farmaceutyczne pracują obecnie nad opracowaniem nowych metod leczenia COVID-19, a także ewentualnej szczepionki. Przy tak dużej liczbie kandydatów na leki do przetestowania i niewielkiej ilości czasu na to, automatyzacja jest wprowadzana w całym procesie odkrywania leków. Stosowanie automatyzacji w procesie odkrywania leków ma szereg zalet. Obejmują one zwiększenie niezawodności i przepustowości procesów przy jednoczesnym ograniczeniu do minimum czasu poświęcanego na żmudne zadania wykonywane ręcznie. Ponadto zwiększenie dokładności i precyzji danych pozwala badaczom na udoskonalenie badań opartych na hipotezach. Precyzja, z jaką płytki testowe są uruchamiane przy użyciu automatyzacji, zapewnia jednorodność w ramach danego badania i umożliwia badaczom testowanie większej liczby hipotez w bardziej złożonych przepływach pracy i scenariuszach badań przesiewowych, które mogą być trudne do wykonania ręcznie.

Innym obszarem, w którym automatyzacja ma istotne znaczenie dla opracowywania leków, jest wdrażanie badań przesiewowych o dużej wydajności. Umożliwia to firmom szybką ocenę działania dużej liczby związków chemicznych na określone cele biologiczne. W rezultacie tysiące środków, takich jak małe cząsteczki lub przeciwciała, można testować szybko i w powtarzalny sposób, co pozwala na szybkie wykluczenie z linii produkcyjnej kandydatów o słabym lub żadnym działaniu. W ten sposób dużą partię środków można zredukować do niewielkiej, możliwej do opanowania liczby tych, które są najbardziej obiecujące. Wymaga to zautomatyzowanych maszyn wyposażonych w urządzenia do obsługi cieczy, ramiona robotyczne, skanery kodów kreskowych i specjalne oprogramowanie.

Jeśli chodzi o samą syntezę związków chemicznych, nowe narzędzia pomagają zautomatyzować złożony, wieloetapowy proces syntezy. Może to również wymagać zastosowania sztucznej inteligencji (AI) w celu prawidłowej koordynacji procedury. Połączenie SI i automatyzacji może przynieść obopólne korzyści, ponieważ im więcej informacji zostanie przekazanych SI, tym lepsze będą wyniki. Dlatego informacje wygenerowane w procesie syntezy cząsteczek w ramach automatyzacji mogą być rejestrowane i wykorzystywane do szkolenia SI na potrzeby kolejnego cyklu eksperymentów. Może to potencjalnie mieć wykładniczy wpływ na proces rozwoju, skracając czas potrzebny na znalezienie odpowiedniego kandydata na lek z lat do kilku miesięcy.

Wnioski

Chociaż automatyzacja jest obecna od lat, jej przyjęcie stało się katalizatorem wraz z nadejściem pandemii COVID-19. O ile kiedyś automatyzacja była luksusem, teraz stała się koniecznością w świecie opieki zdrowotnej. Zwiększone zapotrzebowanie na przetwarzanie próbek przetestuje nasze obecne technologie automatyzacji i nieuchronnie spowoduje pojawienie się nowej fali technologii automatyzacji w nadchodzących latach.

LabTAG firmy GA International jest wiodącym producentem wysokowydajnych specjalistycznych etykietoraz dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach badawczych i medycznych, a także w instytucjach opieki zdrowotnej.