Suchen

Forschungsprojekt Stem-Cell-Factory

Präzise Linearachsen in der automatisierten Stammzellproduktion

| Redakteur: Kathrin Schäfer

Aus induziert pluripotenten Stammzellen, kurz iPS-Zellen, können definierte somatische Zelltypen in praktisch unbegrenzter Zahl hergestellt werden. Die iPS-Zellen bergen daher hohes medizinisches und wissenschaftliches Potenzial, wenn es gelingt, sie in großen Mengen standardisiert zu erzeugen. In dem Forschungsprojekt Stem-Cell-Factory wird ein automatisiertes System für die industrialisierte Produktion dieser Zelltypen entwickelt.

Firmen zum Thema

Für Transport und Handhabung der Proben: In der vollautomatischen, integrierten Produktionsanlage kommen drei Linearachsen und ein Sechsachsroboter zum Einsatz.
Für Transport und Handhabung der Proben: In der vollautomatischen, integrierten Produktionsanlage kommen drei Linearachsen und ein Sechsachsroboter zum Einsatz.
(Bild: Hitec Zang GmbH)

In dem Projekt ist geplant, bislang nicht automatisierbare und sehr aufwändige manuelle Prozesse bei der Herstellung und Expansion von iPS-Zellen sowie deren Differenzierung in neurale Zellen und Kardiomyozyten automatisiert durchzuführen. Zum einen wird dafür eine integrierte automatisierte Produktionsanlage aufgebaut, zum anderen sollen iPS-Zellen und iPS-zellbasierte Produkte für die Pharmaindustrie hergestellt werden. Dies erfordert die Entwicklung von Prozessabläufen mit hohem Qualitätsstandard und hohem Durchsatz sowie die Parallelisierung unterschiedlicher Arbeitsschritte. Hinzu kommt der Aufbau eines umfassenden Qualitätsmanagements in der Produktion.

Integrierte Produktion auf engem Raum

Die Hitec Zang GmbH aus Herzogenrath, Spezialist für kundenspezifische Automatisierungslösungen, und das Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT konzipierten in Zusammenarbeit eine kompakte Produktionsanlage im Reinraum, auf der die Stammzellproduktion in einem vollautomatisierten Kreislauf durchgeführt werden soll. In ihr werden die verschiedenen Verfahrensschritte zur Zellisolation, Reprogrammierung, Selektion pluripotenter iPS-Klone, Expansion von iPS-Zellen im Suspensionsreaktor und Differenzierung in Nerven- und Herzmuskelzellen durchgeführt.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Die Stammzellfabrik selbst nimmt die Probenvorbereitung, -dosierung und -bearbeitung vor. Über einen kurzen Kanal werden dann die bestückten Mikrotiterplatten in einen benachbarten Brutschrank gefördert, um später – zurück im Reinraum – gereinigt und analysiert zu werden. Um innerhalb der Anlage mehr Flexibilität zu erreichen, werden alle Handhabungsschritte durch einen zentral angeordneten sechsachsigen Knickarmroboter und ein Mehrachssystem aus vier Linearachsen der Rollon Actuatorline ausgeführt.

Vier Achsen leisten saubere Arbeit

Rollon hat sein Engineering- und Fertigungs-Know-how beigesteuert und für die Handhabungsprozesse innerhalb der Produktionsanlage ein Mehrachssystem mit Komponenten konzipiert.

Als X-Achsen kommen zwei parallele, über eine Verbindungswelle gekoppelte ELM50SP aus der Actuatorline mit einer Gesamtlänge von 900 mm zum Einsatz. Sie erreichen in der Anwendung einen Hub von 585 mm. Die längere Y-Achse bildet eine ELM65SP mit einem Hub von 1.590 mm und einer Gesamtlänge von 2.104 mm.

In der Z-Achse kommt die Light-Serie in Form einer S-Light50SP zum Einsatz, die einen Hub von 320 mm ausführen muss und 700 mm lang ist. Das gesamte Mehrachssystem arbeitet im Inneren der Sterilkammer unter hygienischen Bedingungen.

Die verwendeten Achsen im Überblick

Die riemengetriebenen Lineareinheiten der ELM-Serie gehören zu den vielseitigsten Serien der Actuatorline. Sie basieren auf einem quadratischen, selbsttragenden Profil aus eloxiertem Aluminium der Legierung 6060 und werden von einem stahlverstärkten Polyurethan-Zahnriemen mit AT-Zahnprofil angetrieben. Durch eine Kombination mit Nullspiel-Zahnriemenscheiben sind so Wechselbelastungen ohne Umkehrspiel möglich. Auch der Abdeckriemen besteht aus Polyurethan und wird durch Kugellager im Inneren des Laufwagens geführt. Das ermöglicht ein Durchlaufen des Abdeckriemens durch den Laufwagen bei minimaler Reibung. Der Riemen schützt die innen liegenden Bauteile nicht nur vor Verschmutzung durch Staub und Fremdkörper von außen und damit vor vorzeitigem Verschleiß, er verhindert auch den Austritt eventuell im Inneren der Achse entstehender Abriebpartikel. Das ist für die Arbeit mit Zellkulturen im Reinraum von besonderer Bedeutung.

Die Serie erlaubt Geschwindigkeiten von bis zu fünf Metern pro Sekunde und hat damit die nötige Dynamik für Handhabungsaufgaben in der Fabrikautomation oder der Verpackungstechnik. Dabei liegt die Wiederholgenauigkeit im Bereich von 0,05 mm. Kurze Taktzeiten, auch bei hohen Belastungen sind für Pick-and-place-Aufgaben nötig. Die ELM wird mit zwei Führungssystemen angeboten: als ELM SP mit einer im Inneren des Aluminiumprofils befindlichen wartungsarmen Kugelumlauf-Linearführung, wie sie in der Stammzellfabrik zum Einsatz kommt, und als ELM CI mit vier Laufrollen mit gotischem Laufbahnprofil, die auf zwei Rundstangen aus gehärtetem Stahl geführt werden.

Auch senkrecht zählt die Präzision

Als Z-Achse wurde eine S-Light-Achse eingebaut. Bei dieser schlanken vertikalen Achse hat Rollon alle Details weggelassen, die für Standardanwendungen nicht erforderlich sind, um eine kostengünstige Lösung für leichte bis mittlere Belastungen und saubere Umgebungen zu realisieren. Sie ist für Pick-and-place-Anwendungen, Vereinzelungen und ähnliche Aufgaben mit kurzen Taktzeiten geeignet. Für die Stem-Cell-Factory fiel die Wahl insbesondere deshalb auf die S-Light, weil die Hohlkammer des beweglichen Profils für die Durchführung von Leitungen genutzt werden sollte.

Rollon unterstützte die Hitec Zang GmbH nicht nur bei der Auswahl der passenden Produkte und Baugrößen, auch die Antriebsauslegung basiert auf dem Engineering-Know-how des Düsseldorfer Komplettanbieters für Lineartechnik. Rollon liefert außerdem Zubehör wie Kupplungsglocken, die speziell für das Forschungsprojekt erstellt und produziert wurden, sowie Kupplungen, Getriebe und Befestigungselemente.

Kontakt:

Rollon GmbH

D-40589 Düsseldorf

www.rollon.de

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 39665290)