Warum Formulatrix auf Onshape setzt

Formulatrix stellt die mit Abstand schlausten Kühlschränke her. Auf den ersten Blick sieht der ROCK IMAGER 1000 aus, wie die Mischung aus einem Banktresor und einem Kühlschrank. Schaut man genauer hin, entdeckt man eine technologische Meisterleistung, denn im Innern des ROCK IMAGER befindet sich ein Mikroskop-Roboter. Dieser Scannt, fotografiert und kategorisiert tausende von Proteinproben für die pharmazeutische Forschung. Im Gegensatz zum menschlichen Auge wird der Roboter nicht müde und ist zudem schneller, was ihn zum idealen Werkzeug für die Suche nach neuen Behandlungsmöglichkeiten für jede erdenkliche Krankheit macht.

Mit seinem Hauptsitz in den USA beliefert Formulatrix rund 95% des Marktes für Proteinkristallisation. Die Liste der Kunden umfasst fast alle Pharmakonzerne und Forschungsinstitute, darunter AstraZeneca, Bayer, Johnson & Johnson, AMGEN, Genentech, Lilly, Merck, Johns Hopkins Universität, Universität von Cornell, Harvard und das Dartmouth College.

Proteine sind zwar eher im Kontext von Sport und Muskeln bekannt, jedoch bilden sie die Bausteine für sämtliches Gewebe im menschlichen Körper für Haut, Knochen, Organe, etc. Funktioniert der Aufbau und die Umwandlung von Proteinen einwandfrei, funktioniert das Gesamtsystem. Doch „fehlerhafte Proteine“ stehen häufig im Zusammenhang mit bestimmten Krankheiten. Die Proteinkristallographie ermöglicht es, die atomare Zusammensetzung von Proteinen zu verstehen und somit die Struktur der Proteine zu erfassen.
In zahlreichen Versuchsreihen experimentieren die Wissenschaftler mit unterschiedlichen chemischen Lösungen, um die Proteine zum Kristallisieren zu bringen. Anschließend können Röntgenstrahlen durch die Kristalle geleitet werden und durch die Ablenkungsmuster kann die atomare Struktur des Proteins exakt bestimmt werden.

Der Formulatrix ROCK IMAGER 1000 scannt automatisch tausende Proben mit chemischen Lösungen und erkennt selbständig Proteinkristalle. Die relevanten Bildausschnitte vergrößert er und übergibt sie zur weiteren Analyse an die Wissenschaftler.

Heinrich Köchling, Direktor Technik Global bei Formulatrix formuliert es folgendermaßen: „Diese Art der Forschung ist manchmal wie ein Angelausflug. Wissenschaftler stellen Mischungen aus chemischen Verbindungen zusammen, von denen sie hoffen, dass ein gelöstes Protein darin irgendwann kristallisiert. Sie wissen nicht, dass es kristallisieren wird, aber sie hoffen es. Eine unserer großen Anlagen kann 1.000 Platten verarbeiten, wobei jede Platte bis zu 96 verschiedene Proben in winzigen Reagenzgläsern oder Kavitäten enthält. Sie können also 96.000 einzelne Experimente auf einmal durchführen, oder um bei meiner Analogie zu bleiben: Sie halten 96.000 Angeln gleichzeitig ins Wasser.“

Er fügt hinzu: „In der Vergangenheit musste ein Mensch jede dieser Proben unter dem Mikroskop ansehen - wenn die Kristallisation kalte Temperaturen erfordert, sogar stundenlang in einem Kühlraum. Unsere Anlage sieht sich 96 Proben alle fünf Minuten an, 24 Stunden am Tag. Manchmal kann es Wochen dauern, bis ein Protein kristallisiert. Und manchmal bekommen wir einen schönen Kristall, aber es ist nur das Salz der chemischen Lösung. Also haben wir verschiedene Arten von Mikroskopen entwickelt, um zu bestimmen: "Gibt es einen Kristall, und ist es ein Proteinkristall?“

Zusammenarbeit in Echtzeit, trotz global verteilter Teams

Bei der Entwicklung ihrer Anlagen setzt Formulatrix Onshape ein. Onshape ist die einzige Lösung für CAD, die vollkommen über das Internet bereitgestellt wird, das Datenmanagement bereits integriert hat und Zusammenarbeit in Echtzeit ermöglicht. Das Bild zeigt das 3D-Modell einer Anlage, die Abdeckungen von Mikrotiterplatten entfernt. (In diesen Platten befinden sich 24/…/1536 Kavitäten für die Proben der Protein-Lösung)

Formulatrix beschäftigt weltweit ca. 610 Mitarbeiter, davon 60 in den USA und 550 in Indonesien. Das Entwicklungsteam betreut bis zu 12 Projekte gleichzeitig und setzt sich aus 15 Maschinenbauern in den USA und 85 in Indonesien zusammen. Weitere 100+ Ingenieure arbeiten in der Softwareintegration, Prozessplanung und Fertigung.

„Wir machen alles selbst, wobei unser Iterationszyklus sehr schnell ist. Damit sind wir in der Lage, Prototypen innerhalb von Tagen zu entwerfen und zu bauen, anstatt Wochen oder Monate zu brauchen", sagt Köchling. "Eines der Dinge, die Onshape für uns so interessant machen, sind die kollaborativen Features der Cloud-nativen Plattform. Die Möglichkeit für unser amerikanisches und unser indonesisches Team, in Echtzeit zusammenzuarbeiten, ist extrem wertvoll. Der Zeitunterschied beträgt 12 Stunden und wir haben vorher viel Zeit verloren, als wir Dateien hin und her schicken mussten.“

Dadurch, dass Onshape vollkommen über das Internet bereitgestellt wird, können Konstrukteure gleichzeitig auf dieselbe Datei zugreifen und sehen die Änderungen ihrer Kollegen in Echtzeit. Um ein Durcheinander zu vermeiden, wird jeder Arbeitsschritt automatisch dokumentiert und jeder kann nachvollziehen, wer wann welche Änderung durchgeführt hat. Sollte eine konstruktive Änderung zu weit gegangen sein, kann das 3D-Modell auf jeden Stand in dieser Änderungshistorie zurückgesetzt werden.

„Onshape vermittelt einem das Gefühl, Dinge sofort umsetzen zu können", sagt Köchling. "Das erlaubt unseren Ingenieuren, die Designabsicht und ihre Vision des Modells, jederzeit umsetzen zu können. Mit anderen Worten, niemand hat die alleinige Kontrolle über das Modell. In einem traditionellen CAD Programm ist jemand Eigentümer des Modells. Man kann ihm sagen, was er mit dem Modell machen soll, aber man kann ihm nicht buchstäblich die Maus aus der Hand nehmen, wenn man 15.000 km entfernt ist und Dinge ändern möchte.

„Je mehr Ideen in ein Modell einfließen, desto besser. Mit Onshape können wir ein viel breiteres Spektrum an Möglichkeiten untersuchen und erforschen."

Mögliche Verbesserungen bei der Kundenbetreuung durch Onshape

Da Onshape auf mobilen Endgeräten verwendet werden kann, hat Köchling die Vision, seine Servicemitarbeiter direkt bei Kunden vor Ort auf das 3D-Modell zugreifen zu lassen.

„Wir haben in den letzten Jahren gelernt, dass einige unserer frühen Maschinen besser gebaut waren, als wir dachten. Obwohl sie für eine Lebensdauer von 5 Jahren ausgelegt waren, nutzen die Leute unsere Anlagen länger. Das macht es für unsere Servicemitarbeiter schwierig, ältere Versionen der Maschine anzuschauen, um sicherzustellen, dass die richtigen Teile bestellen werden.“

„Alle unsere Anlagen werden zukünftig in Onshape erstellt. Das wird es und leichter machen, beim Kunden vor Ort auf frühere Modellversionen zuzugreifen und die richtigen Teile zu bestellen.“

Auch der Draht zum Entwicklerteam von Onshape passt: „Wir haben eine Liste von Verbesserungen und zusätzlichen Funktionen, die wir uns in Onshape wünschen. Das Entwicklerteam gibt uns in regelmäßigen Abständen Rückmeldung, wie sie mit der Erstellung neuer Funktion vorankommen.“

Kosteneffiziente Forschung ermöglichen

Proteinkristallographie wird seit mehr als 100 Jahren in der Wissenschaft eingesetzt. Formulatrix konzentriert sich seit der Gründung in 2002 (damals noch auf Software spezialisiert) auf den Einsatz von Robotik und Automation, um die stundenlange, monotone Arbeit an Maschinen zu übergeben. Somit können die Wissenschaftler mehr Zeit auf vielversprechende Proben verwenden.

Zusätzlich entlasten die Anlagen von Formulatrix das Budget der Forschungseinrichtungen.

„Normalerweise sind die zu untersuchenden Proteine recht kostbar", sagt Köchling. "Wenn es ein menschliches Protein ist, muss man es irgendwie aus dem Körper extrahieren. Es ist also sehr teuer, sagen wir mal so um die 5.000 Euro für ein Gramm. Wenn ich viele Tests durchführen will, um die richtige Kristallisationslösung zu finden, muss ich die kleinstmögliche Menge an Protein verwenden. Und ich möchte, dass mein Reagenzglas so klein wie möglich ist. Kleinstmengen zu dosieren und zu fotografieren gelingt am ehesten mit hochspezialisierten Anlagen.“

„Vor zwanzig Jahren gab es noch keine Werkzeuge für die Automatisierung der Proteinkristallisation. Ich bin wirklich stolz auf unsere Ingenieure, die Geräte entwickeln, die in sehr berühmten Laboren stehen. In der Biotechnologie klappen manchmal viele Wege nicht. Aber auch das Wissen aus den Fehlern summiert sich und wird hoffentlich im Laufe der Zeit zu weiteren Entdeckungen führen.“

Original: https://www.onshape.com/en/resource-center/user-stories/why-formulatrix-chose-onshape?page=2

Die Bilder sind Eigentum von Formulatrix.