Ultraszybkie badania przesiewowe w walce z COVID-19 - Robot na tropie leków i szczepionek

Nie ma przesady w stwierdzeniu, że w dzisiejszych czasach poszukiwanie nowych leków i szczepionek stanowi kluczowe zadanie dla ludzkości. Jedną z jednostek naukowych, które podjęły się jego realizacji, jest Centrum Badań Genomiki (GRC) w Tajpej, dysponujące dużą wiedzą techniczną i naukową, a także środkami umożliwiającymi prowadzenie prac w szybkim tempie.

Ten publiczny instytut badawczy stanowi część renomowanej tajwańskiej jednostki naukowej Academia Sinica. Zwiększył i przyspieszył swoje możliwości w zakresie testowania leków już wiele lat temu, w efekcie epidemii SARS z lat 2002‒2004. Akademia zainwestowała wówczas 300 milionów dolarów tajwańskich (ok. 9 mln euro) w zakup zautomatyzowanego, profesjonalnego urządzenia do tzw. ultrawysokoprzepustowych badań przesiewowych (uHTS) związków medycznych. Jest ono w stanie przeprowadzić dziennie dziesięć tysięcy testów chemicznych, genetycznych lub farmakologicznych, co stanowi warunek wstępny do zidentyfikowania substancji bioaktywnych, które mogą być punktem wyjścia do projektowania nowych leków i szczepionek.

Korzystanie z tej zaawansowanej technologii przyniosło już konkretne rezultaty choćby w 2007 r., kiedy to GRC z pomocą uHTS opracowało skuteczny lek przeciw grypie. Nic więc dziwnego, że obecnie moce przerobowe Centrum skoncentrowano na znalezieniu środków zaradczych do walki z koronawirusem wywołującym COVID-19. uHTS – z robotem Stäubli RX160 na pokładzie – znajduje się więc na samym froncie globalnej, pandemicznej walki.

 

Fot. 1. Stanowisko maszyny uHTC zarządzającej w Centrum Badań Genomiki zautomatyzowanymi testami substancji i związków farmaceutycznych

Testy idące w miliony

Maszyna badająca leki w Tajpej została zaprojektowana i wyprodukowana przez amerykańską firmę GNF – spółkę zależną Novartis, koncentrującą się na technologiach tworzenia nowych leków. System uHTS wykorzystuje mikropłytkę, nie większą niż ludzka dłoń, zawierającą 1536 substancji, każda w ilości zaledwie kilku mikrolitrów (μl). Zestaw ten można zbadać w jednym cyklu, trwającym około siedemdziesięciu minut, przy czym każdy następny cykl rusza, gdy kolejny jeszcze trwa. W sumie codziennie da się w ten sposób sprawdzić ponad 50 płytek, co oznacza przetestowanie dobowo 76 800 różnych substancji.

"Według statystyk należy przejrzeć ponad milion związków, aby mieć szansę na znalezienie wśród nich tego głównego, którego szukamy" – wyjaśnia dr PoHsun Lin z GRC. Na przetestowanie owego miliona potrzeba ok. 650 cykli. Opisywane urządzenie pracuje więc w trybie 24/7, z dużą prędkością i bardzo dużą dokładnością, bo operuje na wspomnianych 1536 bardzo małych dołkach mikromiareczkowania substancji.

W sumie Centrum Badań Genomiki przechowuje w swojej medycznej bibliotece ok. 2 miliony związków, ale nie każdy projekt wymaga ich pełnego przeglądu. "Do najbardziej powszechnych testów wykorzystujemy ok. 100 mikropłytek, każda po 1536 związków, w tym medykamenty zatwierdzone przez amerykańską Agencję Żywności i Leków, znane leki, substancje bioaktywne, drobnocząsteczkowe i naturalne, a także najbardziej reprezentatywne związki" – dodaje dr PoHsun Lin.

 

Fot. 2. W samym środku procesu znajduje się robot Stäubli RX 160

 

Fot. 3. Maszyna do ultrawysokoprzepustowych badań przesiewowych korzysta z przechowywanych w magazynie ok. 2 milionów substancji do testowania

W samym środku on – precyzyjny i wszechstronny

Zewnętrzna struktura maszyny uHTS jest prosta. Tworzy ją kilka stanowisk do magazynowania, uruchamiania procesu, obsługi i przesiewania, zogniskowanych wokół robota Stäubli RX160, usytuowanego w samym centrum. Ten typ robota jest nie tylko szybki i precyzyjny, ale także bardzo wszechstronny, ponieważ potrafisprostać rozmaitym zadaniom manipulacyjnym.

Działanie tego "kombajnu" jest kilkustopniowe. Najpierw robot pobiera mikropłytkę z inkubatora i umieszcza ją w stacji dozującej. Tu trafiają na nią niezbędne dla procesu specjalne proteiny. Następnie Stäubli RX160 przenosi mikropłytkę z 1536 substancjami oraz proteinami do stacji transferowej, inkubatora i dwóch dozowników, gdzie dodawane są kolejne związki i substancje. W kolejnym etapie gotową do badań przesiewowych płytkę robot dostarcza do czytnika w celu jej identyfikacji, po czym kładzie ją na stanowisku, na którym rozpoczynają się właściwe testy.

 

Fot. 4 Wykonany na zamówienie chwytak obsługuje mikropłytki z 1536 substancjami do badań

Postawić na odpowiedniego robota

 

Mikropłytki z substancjami testowymi i specjalnym białkiem są przenoszone na  stanowisko czytnika – za moment rozpocznie się przesiewanie

Przy wyborze konkretnego modelu robota inżynierowie z firmy GNF wzięli pod uwagę takie cechy, jak wspomniane już szybkość i dokładność, a także dostępność. Kolejną oczywistą zaletą była i jest długowieczność. "Mimo że nasz system uHTS jest używany z powodzeniem od wielu lat, w ogóle się nie starzeje", zauważa Dr PoHsun Lin. "Model Stäubli RX160 wciąż pozostaje w czołówce pod względem precyzji i dynamiki, imponując przy tym niezwykłą niezawodnością. System zapewnia najwyższą wydajność, efektywność i stabilność".

Właśnie dlatego maszyna od firmy Stäubli jest w stanie brać udział w trwających całodobowo badaniach nad lekami na COVID-19. Z tych też powodów w swoich najnowszych modelach urządzeń przesiewowych HTS i uHTS koncern GNS cały czas opiera się na robotach w charakterystycznym żółtym kolorze.

Ralf Högel

www.staubli.com/pl-pl/
www.staubli.com/robotics