Verbesserung der Effizienz der Arzneimittelforschung
Gemeinsame Entwicklung eines HTE-Automatisierungssystems mit Astellas Pharma
Die Shimadzu Corporation hat in Zusammenarbeit mit Astellas Pharma Inc. AtmosOrchestra entwickelt, ein robotisches HTE-Automatisierungssystem (High-Throughput Experimentation) zum Screening von Reaktionsbedingungen für niedermolekulare und mittelmolekulare Arzneimittel.
Experimentelle Arbeiten haben sich zu einem Engpass in der Forschung und Entwicklung entwickelt
Arzneimittel können grob nach ihrer Molekülgröße in niedermolekulare, mittelmolekulare und großmolekulare Arzneimittel eingeteilt werden, und bei der Arzneimittelforschung und -herstellung wird eine breite Palette von Technologien und Verfahren eingesetzt.
Für niedermolekulare und mittelmolekulare Arzneimittel ist CMC-Forschung (Chemie, Herstellung und Kontrolle) von der Wirkstofffindung bis zur stabilen Produktion und Versorgung unerlässlich. Forscher führen wiederholte Screening-Experimente durch, um optimale Synthesebedingungen zu ermitteln, indem sie Kombinationen von Variablen wie Rohstoffarten und -anteilen, Reaktionstemperaturen und Reagenzienkonzentrationen testen. In den letzten Jahren haben analytische Instrumente und KI die Effizienz der Datenerfassung und -analyse verbessert. Dennoch erfordert die experimentelle Arbeit weiterhin einen erheblichen manuellen Aufwand und stellt somit einen Engpass in der Forschung und Entwicklung dar.
Ermöglichung unbemannter Probensyntheseoperationen
Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben Astellas Pharma und Shimadzu an der Verbesserung der Effizienz der Probensynthese gearbeitet. Das Ergebnis dieser Bemühungen ist AtmosOrchestra, ein robotergestütztes HTE-Automatisierungssystem.
Das Einführungsvideo zu AtmosOrchestra (Japanisch). Der Name „Atmos“ leitet sich von Atmosphäre ab und bezieht sich auf die gasförmige Umgebung in einem Experiment. „Orchestra“ steht für die Art und Weise, wie mehrere Module unter der Steuerung der Software zusammenarbeiten, um den experimentellen Prozess durchzuführen.
Hochdurchsatzexperimente (HTE) sind eine Methode, die Robotik und KI nutzt, um Experimente schnell und parallel durchzuführen, beispielsweise das Screening von Substanzen in der Wirkstoffforschung und die Optimierung von Reaktionsbedingungen in der Prozesschemie. AtmosOrchestra automatisiert die komplexen Probensyntheseprozesse, die in den frühen Phasen der Wirkstoffentwicklung erforderlich sind – einschließlich Flüssigkeitsdosierung, Reaktionen und Lösungsmitteltrocknung – mithilfe von Industrierobotern und Dosieranlagen von Shimadzu. Das System ermöglicht die vollautomatische Durchführung des gesamten Prozesses. Es ist seit Ende April 2026 im Forschungszentrum von Astellas Pharma in Tsukuba installiert.
Ein Roboterarm belädt das Heiz- und Rührmodul mit Proben. Die 96 Fläschchen enthalten Reagenzien mit leichtflüchtigen organischen Lösungsmitteln und werden vor dem Erhitzen und Rühren verschlossen. Die Automatisierung der gesamten Prozesskette stieß nach der im Mai veröffentlichten Pressemitteilung auf großes Interesse.
Stellungnahme der verantwortlichen Person
Der folgende Kommentar stammt von einem Entwickler der Geschäftseinheit Labormechanik, Abteilung Analytik- und Messinstrumente, Shimadzu Corporation.
Automatisierungssysteme wurden traditionell als kundenspezifische Lösungen für einzelne Anwendungen entwickelt. Mit AtmosOrchestra haben wir den Entwicklungsprozess durch die Kombination funktionaler Module standardisiert. Dieses Projekt ist ein gutes Beispiel für die Entwicklungsphilosophie unseres Geschäftsbereichs Labormechanik. Auf der INTERPHEX, einer Fachmesse für die Herstellung und Verpackung von Pharmazeutika und Kosmetika, die im Mai in Tokio stattfand, präsentierte Astellas Pharma ihre Forschungsergebnisse mit dem System. Viele Besucher waren sichtlich überrascht zu erfahren, dass auch Shimadzu Automatisierungssysteme entwickelt.
Eine unserer Kernkompetenzen ist unsere Fähigkeit, integrierten technischen Support für den gesamten Arbeitsablauf bereitzustellen – von der Probenvorbereitung und den analytischen Bedingungen bis hin zur Datenanalyse. Aufbauend auf den Erfahrungen aus diesem Projekt planen wir, unsere Funktionsmodule und Roboterrahmen zu standardisieren und ein System für die Bereitstellung von kundenspezifischen Lösungen zu etablieren.
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