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Die Shimadzu Corporation hat die Software CellTune zur Optimierung von Zellkulturbedingungen veröffentlicht. Mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) unterstützt sie die Auswahl optimaler Bedingungen. Das Produkt schlägt auf Basis von Daten aus dem Kulturüberstand, die mit einem Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometer (LC-MS) und einem LC/MS/MS-Methodenpaket zur Zellkulturprofilierung (Version 3) analysiert wurden, optimale Bedingungen vor, beispielsweise die optimale Zusammensetzung des Kulturmediums oder die optimale Kulturumgebung.

Die großtechnische Herstellung von Antikörper- oder zellbasierten Arzneimitteln mittels Zellkulturtechnologie birgt aufgrund der zeitaufwändigen Kultivierungsprozesse und der teuren Kulturmedien erhebliche Risiken. Daher ist es wichtig, Kulturbedingungen (Parameter) festzulegen, die die kostengünstige Produktion qualitativ hochwertiger Zellen ermöglichen. Zu den wichtigsten Parametern der Zellkultur zählen typischerweise die Konzentrationen von Aminosäuren, Vitaminen und anderen Komponenten im Kulturmedium sowie Temperatur und pH-Wert (als Indikator für die Wasserstoffionenkonzentration). Kulturmedien können hingegen bis zu hundert verschiedene Komponenten enthalten, wobei die Zusammensetzung und Konzentration je nach Zelltyp variieren. Traditionell wurden diese Parameter von Experten mit langjähriger Erfahrung festgelegt, was jedoch zu Ineffizienzen führte. Aus diesem Grund arbeitet Shimadzu seit Februar 2022 mit dem KI-Startup-Unternehmen Epistra Inc. (mit Sitz in Minato-ku, Tokio) zusammen, um Lösungen zur Optimierung der Kulturbedingungen zu entwickeln. Aus dieser Zusammenarbeit entstand CellTune, das ein Merkmalsextraktionsmodul zur Identifizierung von Parametern umfasst, die einen großen Einfluss auf die Kultivierungsergebnisse haben, basierend auf Daten aus der Analyse von 144 Komponenten im Kulturüberstand mit einem Shimadzu LC-MS-System, sowie ein KI-gestütztes automatisches Optimierungsmodul zur Empfehlung optimaler Kulturbedingungen.

Ab heute bietet Epistra mit CellTune eine Beratungsdienstleistung zur Optimierung von Kulturbedingungen für Pharmaunternehmen, Auftragshersteller von Arzneimitteln, Lebensmittelhersteller mit mikrobieller Fermentationstechnologie und weitere Branchen an. Die Shimadzu Diagnostics Corporation (SDC), ein Unternehmen der Shimadzu-Gruppe, produziert Reagenzien, Kulturmedien und andere Produkte für die Zellkultivierung. Im Jahr 2024 werden die Shimadzu Corporation und SDC ein neues Geschäftsfeld eröffnen, das wiederkehrende Einnahmen aus der Lieferung von Kulturmedien generiert, die von der CellTune-Software vorgeschlagen werden. Zukünftig wird die Shimadzu Corporation zudem verschiedene Technologien und Produkte zur Unterstützung der Zellkultivierung entwickeln, die auf der Nutzung von CellTune sowie auf Messergebnissen anderer Instrumente als Zellbildgebungs- oder LC-MS-Geräten basieren.

Dieses Produkt wird nur in Japan verkauft, der Vertrieb im Ausland wird vorbereitet.

Merkmale

1. Analyseergebnisse können auch ohne Kenntnisse in statistischer Analyse erzielt werden.

Kulturmediumkomponenten, die einen großen Einfluss auf den Kultivierungserfolg haben, können durch statistische Analyse von Daten aus der LC-MS-Analyse von Kulturüberständen identifiziert werden. Jedes für die Analyse notwendige Verarbeitungsprogramm wird bereitgestellt und ist über die Software verknüpft (Analyserezept), sodass Analyseergebnisse, wie die Identifizierung wichtiger Komponenten, durch einfache Angabe des Analyserezepts und der Analyseparametereinstellungen erzielt werden können.

2. Schlägt optimierte Bedingungen vor, die schwer vorstellbar sind

Sind mehrere Parameter für die Bestimmung des Kulturmediums relevant, wird üblicherweise die optimale Konzentration für eine Komponente ermittelt, bevor die optimale Konzentration für die nächste Komponente bestimmt wird. Selbst wenn jede Komponente mit optimalen Parametereinstellungen analysiert wird, ergeben sich jedoch in manchen Fällen nicht die bestmöglichen Versuchsbedingungen. Im Gegensatz dazu kann das in diesem Produkt enthaltene KI-gestützte Modul zur automatischen Optimierung mehrere Komponenten gleichzeitig auswerten und so für das Gesamtmedium optimierte Parametereinstellungen liefern.

3. Sucht effizient nach experimentellen Bedingungen

Werden die Ergebnisse (Kulturergebnisse) aus einem wiederholten Experiment unter den von CellTune vorgeschlagenen Bedingungen in CellTune eingegeben, kann die Software ein Modell zur Vorhersage der Kulturergebnisse generieren und darauf basierend das nächste Experiment vorschlagen. Die Betriebseffizienz lässt sich steigern, indem mehrere Experimente durchgeführt werden, um die Vorhersagegenauigkeit entsprechend der eingegebenen Datenmenge zu erhöhen.