Kryoforschungsbank & Zentrum für ... - Biotechnologie.de

(3) Kryobioinformatik / ChameleonLab
Die Fortschritte in der Tieftemperaturelektronik
ermöglichen mittlerweile die
uneingeschränkte Funktion von Speicherchips
unter Kryobedingungen.
Damit ist es möglich, jeden Probenträger
mit einem elektronischen Speicher
zu versehen, der die zu einer Probe
gehörenden Daten enthält, und dieses
intelligente Kryosubstrat in einem
Kryotank für lange Zeit zu lagern.
Probe und Information werden also
physikalisch miteinander verbunden
gelagert. Diese Form der Datenablage
gewährleistet die Verwechslungssicherheit
von Probe und Information und
wird es notwendig machen, bereits in
den nächsten Jahren Millionen von
dezentralen Datenträgern zu verwalten,
die unterschiedliche Informationsstrukturen
tragen können, abhängig
von Zelltyp und jeweiliger Informationsanforderung
zum Zeitpunkt der
Probenablage. Schwerpunkt der Kryobioinformatik
ist die Entwicklung adaptiver
Datenbanken und adaptiver Softwaresysteme,
die sich als für das
Datenhandling in Kryobanken und
Kryolabors erforderlich herausgestellt
haben, weil sie die evolutiven Vorgänge
in den Informationsanforderungen
adäquat umsetzen können.
Vor diesem Hintergrund ist ChameleonLab
entstanden. In Zukunft werden
Labore eine stets wachsende
Anzahl verschiedenster Arbeitsabläufe
(Workflows) beherrschen müssen, die
teils aus neuen wissenschaftlichen
Erkenntnissen hervorgehen werden
und teils aus neuen Anwendungsgebieten
für kryokonservierte Zellen
resultieren werden. Labore werden
Proben in einem bisher nicht gekannten
Maß austauschen müssen, woraus
sich die Notwendigkeit der Austauschbarkeit
und Kompatibilität von Workflow-Definitionen
ergibt, aber auch ein
hohes Verwechslungsrisiko entstehen
kann. Austauschbarkeit von Workflow-
Definitionen erfordert Unabhängigkeit
von einem bestimmten Labor. Neben
dem Austausch von Proben und Workflow-Definitionen
spielt der Austausch
Vergleich von konventioneller Kryotechnologie und der vom Fraunhofer IBMT neu entwickelten Kryotechnologie.
Während ein durchschnittliches Zellvolumen in der Größenordnung Picoliter liegt, fassen die kleinsten handelsüblichen
Kryoröhrchen Volumina im Milliliterbereich. Um das zukünftige Aufkommen an Zellproben zu bewältigen, ist
eine Volumenreduktion der Probengröße erforderlich und zudem biologisch sinnvoll. Das gezeigte IBMT-Kryosubstrat
enthält 30 Probentöpfchen zu jeweils 25 µl auf einer Grundfläche von 4 x 3 cm. In konventioneller Technologie werden
die zu einer Probe gehörenden Daten in einer externen Datenbank gespeichert und über eine entsprechende Probenbeschriftung,
beispielsweise einen Barcode, referenziert. Im Gegensatz dazu wird an jedes IBMT-Kryosubstrat ein
Speicherchip angekoppelt, der gegenwärtig eine Kapazität bis zu einem Gigabyte erreichen kann. Sämtliche Probendaten,
Vorgaben zu den Arbeitsabläufen und Dokumentationsdaten werden auf diesem Chip gespeichert und können
immer eindeutig der angekoppelten Probe zugeordnet werden.
Schematische Ansicht der ChameleonLab-Prinzipien. Die Ansicht zeigt einen Probe-Chip-Verbund und eine Zellprobe
mit einem zugehörigen Arbeitsablauf (»Workflow«). Die bei der Probe auf dem Chip gespeicherte Workflow-Definition
diktiert das »Verhalten« des adaptiven Labors. Vor der Prozessausführung wird das Labor gemäß den Informationen
auf dem Chip konfiguriert und initialisiert. Das Labor wird dabei von einem »Standby«-Zustand »LABOR« zu
einem definierten Zustand »LABOR*« hin umkonfiguriert. Eine Kryoprobe mit Chip kann also ein ChameleonLab-
Labor spezifisch verändern und steuern. Effizienz und Probensicherheit werden signifikant erhöht.
von Labor-Dokumentationsdaten eine
weitere wesentliche Rolle.
ChameleonLab ist ein adaptives
Labormanagementsystem, das sich
jeder beliebigen Probe anpasst, indem
sich das Labor gemäß der Workflow-
Definition konfiguriert. Die Ausführung
der Workflows wird durch ChameleonLab
vollständig gesteuert und
überwacht. ChameleonLab basiert
auf den folgenden drei Prinzipien:
– Die einer Probe zugeordneten Workflow-Definitionen
werden bei der
Probe gespeichert, konkret beispiels-
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