Aqui não é preciso passar a noite em claro: este laboratório planeia as suas próprias experiências
O KIWI Biolab da TU Berlin combina robôs, analisadores e IA para efetuar experiências complexas de forma totalmente automática
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Parece um pouco ficção científica: um laboratório que pode planear, realizar e analisar as suas experiências de forma autónoma. Em que robots controlados por computadores e inteligência artificial (IA) trabalham em conjunto com analisadores de última geração. E onde os seres humanos já não têm de fazer noites inteiras para alimentar as células e manter as experiências em curso. Mas é exatamente isto que se tornou realidade no KIWI Biolab da TU Berlin. Os criadores do laboratório de alta tecnologia, totalmente automatizado, também disponibilizarão os seus conhecimentos no novo centro de investigação "The Simulated Human" (Si-M) da TU Berlin e da Charité - Universitätsmedizin Berlin.
"Sempre me interessei pela forma como os novos processos biológicos podem ser transpostos do laboratório para a prática o mais rapidamente possível", afirma o Prof. Dr. Peter Neubauer, diretor do Departamento de Engenharia de Bioprocessos da TU Berlin. O cofundador e diretor do KIWI Biolab é um microbiologista de formação. Por isso, inicialmente colocou-se a si próprio estas questões, principalmente em relação a bactérias, leveduras e fungos: Qual é a melhor forma de manter estes organismos em bioreactores? E de forma a que não só se multipliquem e se desenvolvam, mas também produzam substâncias valiosas, como proteínas especiais para a indústria farmacêutica?
Encontrar uma resposta a esta pergunta é tudo menos fácil. Isto porque os pequenos produtores reagem frequentemente de forma muito forte ao seu ambiente. Num teste de laboratório à escala de um mililitro, podem ter-se comportado perfeitamente. No entanto, isso não significa necessariamente que se comportarão da mesma forma num bioreactor com uma capacidade de algumas centenas de metros cúbicos. Antes da utilização industrial, é portanto importante descobrir em que condições os organismos podem desempenhar melhor a tarefa desejada.
Trabalho automatizado em laboratório
Os cálculos de modelos podem fornecer pistas. Qual a velocidade de crescimento de um organismo? Qual a quantidade de substrato que consome? Peter Neubauer e a sua equipa resumem estes e muitos outros parâmetros em fórmulas matemáticas. O computador pode então ser utilizado para comparar o funcionamento de diferentes variantes de um processo e qual delas apresenta os melhores resultados.
"Também podemos ligar estes modelos matemáticos a robots e analisadores", explica Peter Neubauer. Desta forma, o trabalho no laboratório pode ser organizado e automatizado digitalmente. Por exemplo, um tipo de robô aspira alguns mililitros de líquido do bioreactor em determinados momentos. Um dos seus colegas móveis transporta então a amostra para um dispositivo de medição que analisa as suas propriedades. Para que isto funcione, os assistentes técnicos têm de coordenar o seu trabalho de modo a que cada um faça a coisa certa no momento certo. "Para isso, precisamos de programas informáticos abrangentes", diz Peter Neubauer.
Extremamente interessante para a indústria farmacêutica
Mas o esforço vale a pena. O KIWI Biolab é atualmente um dos principais laboratórios do mundo para o desenvolvimento de bioprocessos. Utilizando modelos matemáticos e inteligência artificial, até mesmo experiências complexas podem ser realizadas de forma totalmente automática. Por exemplo, a IA decide quando faz sentido recolher uma amostra e, de seguida, inicia os passos necessários. Assegura que os organismos no bioreactor têm tudo o que precisam e mantém automaticamente a temperatura, o valor do pH e outras variáveis de influência dentro do intervalo ideal. Desta forma, controla o processo de modo a obter o maior rendimento possível ou uma qualidade específica do produto desejado. Até reconhece quando uma experiência não está a correr bem, de modo a que tenha de ser abortada, repetida ou modificada.
"Tudo isto é extremamente interessante para a indústria farmacêutica, por exemplo", diz Peter Neubauer. Vale a pena levar um novo produto do laboratório para a fase de aplicação? Qual dos vários candidatos possíveis é o mais prometedor? E, mais tarde, como será o processo ótimo de produção? Estas questões podem ser respondidas de forma muito mais rápida e eficiente no KIWI Biolab do que num laboratório convencional.
Mercado de dados para o sector da biotecnologia
Por isso, não é de admirar que Peter Neubauer e a sua equipa trabalhem em conjunto com fabricantes de medicamentos em muitos projectos. "O desenvolvimento de um novo medicamento custa, em média, 2,5 mil milhões de dólares americanos e demora entre dez a 15 anos", afirma o investigador. Cada experiência que se torna supérflua, cada dia poupado, beneficia tanto os doentes como as empresas.
O grupo da TU foi também confrontado com um novo desafio da indústria. "Até agora, temos trabalhado principalmente em processos nos quais os microrganismos desempenham um papel", explica Peter Neubauer. "Mas também há um grande interesse em processos semelhantes para culturas de células." É precisamente nisto que o seu grupo de investigação irá trabalhar no futuro no centro de investigação Si-M, no qual a TU Berlin e a Charité - Universitätsmedizin Berlin estão a cooperar.
Outro foco será o desenvolvimento de um mercado de dados para o sector da biotecnologia: Que informações devem ser recolhidas durante uma experiência para que esta possa ser reproduzida? Como é que os dados devem ser apresentados e oferecidos a outros para que os possam compreender e utilizar? Ao longo dos anos, a equipa adquiriu também uma grande experiência nestas questões.
"Na minha opinião, não somos um grupo central no Si-M", admite o cientista. É por isso que apenas um pequeno número dos seus colaboradores se irá transferir gradualmente para o novo centro de investigação. "No entanto, os nossos conhecimentos são de interesse para muitos grupos que aí trabalham". Afinal, é provável que os robôs e a IA venham a desempenhar um papel cada vez mais importante noutros laboratórios no futuro. E Peter Neubauer e a sua equipa ainda têm muito trabalho a fazer para garantir que os assistentes técnicos de investigação fazem o que é suposto fazerem.
O centro de investigação Simulated Human (Si-M)
A 22 de abril de 2026, quatro anos depois de ter sido lançada a primeira pedra, as portas do edifício de investigação de cinco andares "The Simulated Human" vão abrir-se. No campus de Berlin-Wedding, cientistas médicos, naturais e engenheiros de muitas disciplinas da TU Berlin e da Charité - Universitätsmedizin Berlin trabalharão em estreita colaboração para desenvolver novas abordagens terapêuticas e de diagnóstico de doenças. A bioanalítica, as tecnologias de organoides e os métodos de medição celular, a genética de uma só célula, a bioinformática, a automatização e a tecnologia médica estão frequentemente interligadas com outras áreas especializadas e grupos de excelência. Os mini-órgãos artificiais fabricados a partir de células humanas que cabem num chip destinam-se a substituir as experiências com animais; através da colagem de proteínas em interação, processos anteriormente desconhecidos nas células tornar-se-ão visíveis.
A atmosfera de trabalho integradora e o diálogo planeado com o público já estão definidos arquitetonicamente no edifício Si-M: No átrio central, inundado de luz, com o seu café e a sala de conferências redonda, uma escadaria aberta eleva-se imponentemente para cima. A escada aberta eleva-se imponentemente e conduz aos laboratórios espaçosos, repletos de tecnologia de grande escala, como a espetrometria de massa, a bioimpressão, a microscopia de varrimento a laser e outros.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
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