От настольного до прикроватного: преобразование научно-исследовательских лабораторий посредством автоматизации

Nov 28, 2023

На века, ученые трудились в лабораториях, окруженные постоянно развивающимся набором инструментов. В 1990-х годах внедрение настольных устройств автоматизации привело к всплеску производительности и открытию, чему способствовали компьютеризированные сети, ставшие возможными в 2000-х и 2010-х годах. Для большинства фармацевтических компаний именно там и сегодня остаются лаборатории исследований и разработок, великолепно оснащенные центрифугами и станциями обработки жидкостей, которые способствовали важным открытиям для улучшения здоровья. Но большинству лабораторий по-прежнему не хватает передовой автоматизации, миниатюризации и интеграции, которые могут позволить ученым достичь границ возможного.

Руководители фармацевтической отрасли могут задаться вопросом: «Куда идут все эти деньги на исследования?» Резкое увеличение расходов на НИОКР обеспечило лишь средний результат: в Соединенных Штатах расходы на НИОКР удвоились до 80 миллиардов долларов в 2019 году по сравнению с 40 миллиардами долларов в 2001 году, но количество новых лекарств, разработанных за это же время, увеличилось лишь незначительно (Иллюстрация 1).

Парадоксально, но значительная часть увеличившихся бюджетов на НИОКР была поглощена ростом затрат на рабочую силу, в то время как нехватка квалифицированных кадров ограничивала общий потенциал.

Сокращение времени от лабораторного стола до постели имеет значительные перспективы. По нашему опыту, фармацевтические компании имеют потенциал для вывода лекарств на рынок более чем на 500 дней быстрее и снижения затрат на разработку на 25 процентов за счет внедрения комплексного набора рычагов, включая, что особенно важно, автоматизацию. Критические прорывы в области лабораторного управления, робототехники и технологий обработки жидкостей теперь предлагают траекторию выхода из этих противоречивых давлений, представляя автоматизацию лабораторий в качестве стратегического приоритета и порождая шквал отраслевых партнерств, ускорение инвестиций и достижений.

Автоматизация — это не панацея и не универсальное решение, но полная автоматизация может принести множество преимуществ научно-исследовательским лабораториям (см. врезку «Разница между ручным научно-исследовательским лабораторией и полностью автоматизированной»). В частности, он имеет значительный потенциал для улучшения всех основных лабораторных показателей эффективности, включая следующие:

Несколько важных качеств отличают ручные лаборатории исследований и разработок от автоматизированных.

Процессы, распространенные в лабораториях существующего положения, которые остаются нормой в фармацевтических исследованиях и разработках, неэффективны и оставляют много возможностей для улучшения:

С другой стороны, в будущем автоматизированное видение ведущих операций НИОКР будет использовать гораздо более эффективные процессы:

Сегодня сочетание технических прорывов, растущая интеграция и совместимость технологий, а также достижения в поддержке цифровых систем сделали изучение вариантов автоматизации более доступным и более актуальным. Учитывая, что автоматизация может быть успешной только в том случае, если она будет принята и интегрирована в научные процессы, при принятии решений должны учитываться опыт и потребности участвующих ученых. В данной статье рассматриваются четыре приоритета для успешного внедрения автоматизации в фармацевтических исследованиях и разработках, каждый из которых способствует достижению лабораторных ключевых показателей эффективности.

Процессы исследований и разработок постепенно перешли от использования отдельных флаконов к микротитровальным планшетам с высокой пропускной способностью, которые позволяют ученым проводить 96, 384 или даже 1536 экспериментов параллельно. Эти планшеты не только увеличивают производительность до 100 раз, но и позволяют сократить объем необходимого материала пробы и реагентов до 90 процентов, расширяя количество экспериментов, которые можно проводить с ограниченным количеством образцов пациентов. Они также позволяют более точно обращаться с материалами, что увеличивает скорость биологических процессов и позволяет воспроизводить те же результаты в других местах.

Максимум в 384 скважины, который был основан на физических ограничениях технологии перекачивания жидкости с помощью наконечников, теперь также превышен. Недавние прорывы в области обработки акустических жидкостей предвещают совершенно новые форматы, такие как капельные микрочипы, которые представляют собой предметные стекла с отдельными каплями вместо лунок. Это позволяет десяткам тысяч реакций происходить параллельно. Дополнительные новаторские технологии, такие как капельная микрофлюидика как часть лаборатории на чипе, еще больше открывают путь к высокоскоростным последовательным экспериментам.