- Weltweit erste automatisierte Lösung zum Umsetzen von Fruchtfliegen ohne Anästhetika – mit dem Cobot YuMi® von ABB
- Forschende sparen 20 Prozent Zeit und können sich auf wichtige Aufgaben bei der Erforschung und Behandlung neurologischer Erkrankungen wie Alzheimer konzentrieren
ABB Robotics und das Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI) am Texas Children's Hospital, einem der größten Kinderkrankenhäuser in den USA, haben einen innovativen medizinischen Durchbruch erzielt und einen automatisierten Arbeitsplatz für den Transfer von Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) entwickelt. Dieser ist mit dem kollaborativen Roboter YuMi® von ABB ausgestattet und kommt im Rahmen der Erforschung von Krankheiten wie Alzheimer, Huntington und Parkinson zum Einsatz.
Dies ist die erste Automatisierungslösung, bei der die Fliegen vor dem Umsetzen nicht mit Anästhetika wie Kohlendioxid betäubt werden müssen – ein mühsamer Schritt bei früheren Automatisierungslösungen, der sich negativ auf das Verhalten der Fliegen und möglicherweise auf die Genauigkeit der Studienergebnisse auswirken konnte.
Der YuMi-Cobot von ABB führt die gleichen Bewegungen wie menschliche Forschende aus, um die Fliegen in Fläschchen (Vials) umzusetzen. So können sich die Wissenschaftler auf wichtige Aufgaben konzentrieren, wie die Prüfung der Wirksamkeit neuer Medikamente zur Behandlung neurologischer Störungen. Zudem entfällt die Notwendigkeit, die Fliegen vor dem Transfer zu betäuben, was die Präzision der Ergebnisse verbessert und den Umsetzprozess beschleunigt.
„Wir haben in den vergangenen Jahren große Fortschritte in der Laborautomatisierung erzielt. Dennoch werden einige wichtige Aufgaben immer noch manuell ausgeführt, was die Ergebnisse beeinflussen kann“, betont Jose-Manuel Collados, Leiter der ABB-Produktlinie Service Robotics. „Die Arme unseres YuMi-Cobots arbeiten unabhängig voneinander, aber koordiniert und ermöglichen es, die komplexe Aufgabe des Transfers von lebenden Fliegen zwischen den Vials zu automatisieren.“
Drosophila melanogaster, allgemein als Fruchtfliege bekannt, hat sich in der Erforschung verschiedener Bereiche der Biologie, einschließlich Genetik und Verhaltensforschung, bewährt. Die Fruchtfliege hat viele genetische und entwicklungsbedingte Marker mit dem Menschen gemeinsam und wird weltweit im Rahmen von Studien über neurologische Erkrankungen bei Menschen eingesetzt.
Die Forschenden füttern die Fruchtfliegen alle 30 Tage, indem sie sie in Fläschchen mit frischem Futter umfüllen. Ein typisches Labor besitzt etwa 20.000 Vials, und die Forschenden verbringen etwa 20 Prozent eines Arbeitstages damit, die Fliegen umzusetzen. Dabei halten sie ein Vial, das die Fliegen enthält, über ein Vial mit frischer Nahrung. Anschließend klopfen sie es leicht an, um die Fliegen fallen zu lassen. Bei allen bisherigen Versuchen, diesen Prozess zu automatisieren, wurden die Fliegen während des Transfers außerhalb der Gefäße ausgesetzt, was dann eine Sedierung erforderte.
Die Expertinnen und Experten von ABB Robotics arbeiteten mit den Forschern des Duncan NRI zusammen, um eine Arbeitsstation für den automatisierten Fliegentransfer zu entwickeln. Sie umfasst den Cobot YuMi, einen Tisch mit Vials für das Umsetzen, eine Barcode- und Etikettiereinheit sowie einen Abfallschacht.
„Diese innovative Lösung beschleunigt die biomedizinische Forschung und ist das Ergebnis unserer mehr als zweijährigen engen Partnerschaft mit ABB Robotics“, so Dr. Juan Botas, Professor in der Abteilung für Molekular- und Humangenetik und der Abteilung für Molekular- und Zellbiologie am Baylor College of Medicine sowie leitender Wissenschaftler am Duncan NRI. „Die DNRI-Forschenden um mich und Dr. Ismael-Al Ramahi, Assistenzprofessor am Baylor College of Medicine und ebenfalls Forscher am Duncan NRI, verfügen über profundes Know-how in der Biologie der Fruchtfliege. Dank Kombination mit der Automatisierungsexpertise von ABB konnten wir eine Cobot-basierte Lösung entwickeln. Sie reduziert den Zeitaufwand, vermeidet Verluste und ermöglicht es, mehr Versuche parallel durchzuführen.“
YuMi übernimmt den gesamten Prozess des Umsetzens der Fruchtfliegen und führt hierzu zehn vorprogrammierte Schritte in schneller Abfolge aus. Wie ein Mensch nimmt YuMi ein Vial mit lebenden Fliegen, öffnet den schützenden Zelluloseacetat-Stopfen, hält das Fläschchen über eines mit frischer Nahrung und klopft es ab, um die Fliegen umzusetzen. Anschließend verschließt er die Vials, etikettiert sie, scannt sie und setzt sie in Pappgestelle. Zudem entsorgt der Roboter die alten Fläschchen, um eine Kreuzkontamination zu vermeiden.
Ein wichtiges technisches Merkmal der Lösung ist die Fähigkeit, Barcodes zu lesen und Etiketten mit Stamm- und Genotypinformationen zu drucken, die während des Transfers auf den Vials angebracht werden. Auf diese Weise lässt sich eine sorgfältige Verfolgung und Verwaltung der Drosophila-Stämme sicherstellen. Die fortschrittliche Sensortechnologie des Roboters ermöglicht eine präzise Platzierung der Vials in Standard-Kartongestellen. So können die Forschenden die vorhandenen Fläschchen-Gestelle weiterverwenden, was die Betriebskosten senkt.
Noch wichtiger ist, dass der Roboter kollaborativ und sicher für die menschliche Interaktion ausgelegt ist. Registriert YuMi mit seinen bewegungsempfindlichen Armen einen unerwarteten Kontakt mit Menschen oder Objekten, stoppt er die Bewegung sofort. So werden Unfälle vermieden und ein Arbeitsbereich für die sichere Zusammenarbeit geschaffen.
ABB Robotik & Fertigungsautomation ist einer der weltweit führenden Anbieter von Robotik und Maschinenautomation und verfügt als einziges Unternehmen über ein umfassendes und integriertes Angebot an Robotern, autonomen mobilen Robotern und Technologien für die Maschinenautomation, die mithilfe unserer wertschöpfenden Software entwickelt und koordiniert werden. Wir helfen Unternehmen aller Größenordnungen und Branchen – von der Automobilindustrie über die Elektronikindustrie bis hin zur Logistik – robuster, flexibler und effizienter zu werden. ABB Robotik & Fertigungsautomation unterstützt Kunden auf dem Weg zur vernetzten und kollaborativen Fabrik der Zukunft. Der Geschäftsbereich beschäftigt circa 11.000 Mitarbeitende an über 100 Standorten in rund 53 Ländern. www.abb.de/robotics
Texas Children's, eine gemeinnützige Gesundheitseinrichtung, hat sich zum Ziel gesetzt, eine gesündere Zukunft für Kinder und Frauen in der ganzen Welt zu schaffen. Sie ist in der Patientenversorgung, der Ausbildung und der Forschung führend. Texas Children's wird regelmäßig als bestes Kinderkrankenhaus in Texas und als eines der besten in den USA eingestuft und genießt weithin Anerkennung für sein Fachwissen und seine bahnbrechenden Leistungen im Bereich der Kinder- und Frauengesundheit. Zum Klinikverbund gehören das Texas Children's Duncan NRI, der Feigin Tower für pädiatrische Forschung, der Texas Children's Pavilion for Women, eine umfassende Einrichtung für Geburtshilfe und Gynäkologie, die sich auf Risikogeburten konzentriert, das Texas Children's Hospital West Campus, ein Gemeinschaftskrankenhaus im Vorort West Houston, und das Texas Children's Hospital The Woodlands, das erste Krankenhaus, das sich auf die Versorgung von Kindern in Gemeinden nördlich von Houston spezialisiert hat. Die Organisation gründete auch Texas Children's Health Plan, die landesweit erste HMO für Kinder, Texas Children's Pediatrics, das größte pädiatrische Primärversorgungsnetzwerk des Landes, Texas Children's Urgent Care Kliniken, die sich auf eine speziell auf Kinder zugeschnittene Betreuung außerhalb der Öffnungszeiten spezialisiert haben, und ein globales Gesundheitsprogramm, das Kindern und Frauen auf der ganzen Welt Hilfe bietet. Das Texas Children's Hospital ist an das Baylor College of Medicine angeschlossen. Weitere Informationen finden Sie unter www.texaschildrens.org
Duncan NRI wurde 2010 von dem renommierten Neurogenetiker Dr. Huda Zoghbi gegründet. Das Institut besteht aus einer multidisziplinären Arbeitsgemeinschaft von über 300 Ärztinnen und Ärzten sowie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die dem Baylor College of Medicine und dem Texas Children's Hospital angehören. Sie arbeiten gemeinsam daran, die Forschung zu intensivieren und gezielte Therapien für die komplexesten und schlimmsten neurologischen, neurodegenerativen und neuropsychiatrischen Erkrankungen bei Kindern und Erwachsenen zu entwickeln. Weitere Informationen finden Sie unter https://www.texaschildrens.org/duncan-nri
