Aquí no hace falta trasnochar: este laboratorio planifica sus propios experimentos
El laboratorio biológico KIWI de la Universidad Técnica de Berlín combina robots, analizadores e inteligencia artificial para realizar experimentos complejos de forma totalmente automática
Anuncios
Suena un poco a ciencia ficción: un laboratorio capaz de planificar, realizar y analizar sus experimentos de forma en gran medida autónoma. En el que robots controlados por ordenadores e inteligencia artificial (IA) trabajen junto con analizadores de última generación. Y en el que los humanos ya no tengan que pasar la noche en vela para alimentar las células y mantener los experimentos en marcha. Pero esto es exactamente lo que se ha hecho realidad en el KIWI Biolab de la Universidad Técnica de Berlín. Los creadores de este laboratorio de alta tecnología totalmente automatizado también pondrán sus conocimientos a disposición del nuevo centro de investigación "The Simulated Human" (Si-M) de la TU Berlín y la Charité - Universitätsmedizin Berlin.
"Siempre me ha interesado cómo se pueden llevar a la práctica lo antes posible nuevos procesos biológicos desde el laboratorio", afirma el Prof. Dr. Peter Neubauer, que dirige el Departamento de Ingeniería de Bioprocesos de la TU de Berlín. El cofundador y director del KIWI Biolab es microbiólogo de formación. Por eso, al principio se planteó este tipo de preguntas sobre todo en relación con bacterias, levaduras y hongos: ¿Cuál es la mejor manera de mantener estos organismos en biorreactores? ¿Y de tal manera que no sólo se multipliquen y prosperen, sino que también produzcan sustancias valiosas, como proteínas especiales para la industria farmacéutica?
Encontrar una respuesta a esta pregunta no es nada fácil. Esto se debe a que los pequeños productores suelen reaccionar muy fuertemente a su entorno. En una prueba de laboratorio a escala milimétrica, pueden haberse comportado perfectamente. Sin embargo, esto no significa necesariamente que vayan a hacer lo mismo en un biorreactor con una capacidad de unos cientos de metros cúbicos. Por tanto, antes de su utilización industrial, es importante averiguar en qué condiciones los organismos pueden realizar mejor la tarea deseada.
Trabajo automatizado en el laboratorio
Los cálculos de modelos pueden dar pistas. ¿A qué velocidad crece un organismo? ¿Cuánto sustrato consume? Peter Neubauer y su equipo resumen estos y otros muchos parámetros en fórmulas matemáticas. A continuación, pueden comparar en el ordenador cómo funcionan distintas variantes de un proceso y cuál de ellas ofrece los mejores resultados.
"También podemos vincular estos modelos matemáticos con robots y analizadores", explica Peter Neubauer. De este modo, el trabajo en el laboratorio puede organizarse y automatizarse digitalmente. Por ejemplo, un tipo de robot aspira unos mililitros de líquido del biorreactor en determinados momentos. A continuación, uno de sus colegas móviles transporta la muestra a un dispositivo de medición que analiza sus propiedades. Para que esto funcione, sin embargo, los asistentes técnicos tienen que coordinar su trabajo para que cada uno haga lo correcto en el momento adecuado. "Para ello necesitamos amplios programas informáticos", afirma Peter Neubauer.
Extremadamente interesante para la industria farmacéutica
Pero el esfuerzo merece la pena. El KIWI Biolab es ahora uno de los principales laboratorios del mundo para el desarrollo de bioprocesos. Mediante el uso de modelos matemáticos e inteligencia artificial, incluso los experimentos más complejos pueden llevarse a cabo de forma totalmente automática. Por ejemplo, la IA decide cuándo tiene sentido tomar una muestra e inicia los pasos necesarios. Se asegura de que los organismos del biorreactor tengan todo lo que necesitan y mantiene automáticamente la temperatura, el valor del pH y otras variables influyentes dentro del rango óptimo. De este modo, controla el proceso para que ofrezca el mayor rendimiento posible o una calidad específica del producto deseado. Incluso reconoce cuándo un experimento no va bien para que haya que abortarlo, repetirlo o modificarlo.
"Todo esto es muy interesante, por ejemplo, para la industria farmacéutica", afirma Peter Neubauer. ¿Merece la pena llevar un nuevo producto del laboratorio a la fase de aplicación? ¿Cuál de varios posibles candidatos es el más prometedor? ¿Y cómo será más adelante el proceso óptimo de producción? Estas preguntas pueden responderse de forma mucho más rápida y eficaz en el biolaboratorio de KIWI que en un laboratorio convencional.
Mercado de datos para el sector biotecnológico
Por eso no es de extrañar que Peter Neubauer y su equipo colaboren con fabricantes de medicamentos en muchos proyectos. "El desarrollo de un nuevo fármaco cuesta una media de 2.500 millones de dólares y lleva entre diez y quince años", afirma el investigador. Cada experimento que se convierte en superfluo, cada día que se ahorra, beneficia tanto a los pacientes como a las empresas".
Al grupo de la TU también se le presentó un nuevo reto por parte de la industria. "Hasta ahora hemos trabajado sobre todo en procesos en los que intervienen microorganismos", explica Peter Neubauer. "Pero también existe un gran interés por procesos similares para cultivos celulares". Esto es precisamente en lo que trabajará en el futuro su grupo de investigación en el centro de investigación Si-M, en el que colaboran la TU Berlín y la Charité - Universitätsmedizin Berlin.
Otro foco de atención será el desarrollo de un mercado de datos para el sector biotecnológico: ¿Qué información debe recogerse durante un experimento para que pueda reproducirse? ¿Cómo deben presentarse y ofrecerse los datos a los demás para que puedan entenderlos y utilizarlos? El equipo también ha adquirido una gran experiencia en estas cuestiones a lo largo de los años.
"En mi opinión, no somos un grupo central en Si-M", admite el científico. Por eso, sólo un pequeño número de los suyos se trasladará gradualmente al nuevo centro de investigación. "Sin embargo, nuestra experiencia es de interés para muchos grupos que trabajan allí". Al fin y al cabo, es probable que en el futuro los robots y la IA desempeñen un papel cada vez más importante en otros laboratorios. Y Peter Neubauer y su equipo aún tienen mucho trabajo por delante para garantizar que los asistentes técnicos de investigación hagan lo que se supone que deben hacer.
El centro de investigación Simulated Human (Si-M)
El 22 de abril de 2026, cuatro años después de la colocación de la primera piedra, se abrirán las puertas del edificio de investigación de cinco plantas "El Humano Simulado". En el campus de Berlín-Wedding, científicos médicos, naturales y de ingeniería de numerosas disciplinas de la TU Berlín y la Charité - Universitätsmedizin Berlin colaborarán estrechamente para desarrollar nuevos enfoques terapéuticos y de diagnóstico de enfermedades. La bioanalítica, las tecnologías de organoides y los métodos de medición celular, la genética unicelular, la bioinformática, la automatización y la tecnología médica se entrelazan a menudo con otras áreas especializadas y grupos de excelencia. Los mini-órganos artificiales fabricados a partir de células humanas que caben en un chip pretenden sustituir a los experimentos con animales; pegando proteínas que interactúan entre sí, se harán visibles procesos hasta ahora desconocidos en las células.
El ambiente de trabajo integrador y el diálogo previsto con el público ya están plasmados arquitectónicamente en el edificio Si-M: En el luminoso atrio central, con su cafetería y su aula redonda, se eleva imponente una escalera abierta. Desde ella se accede a los amplios laboratorios, repletos de tecnología a gran escala como la espectrometría de masas, la bioimpresión o la microscopía de barrido láser, entre otras.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
