september.2012
trends in automation
34
–
35
D
e huid is het grootste orgaan
van de mens. De productie van
weefselmonsters om medische
toepassingen te testen is een
behoorlijk gecompliceerde taak. Kunst-
matige huid voor transpantaties of om
de verdraagbaarheid vast te stellen van
werkzame stoffen in geneesmiddelen,
cosmetica en chemicaliën werd tot dusver
uitsluitend handmatig en op laboratori-
umschaal vervaardigd. Een kweek nam
zes volle weken in beslag. Aldus konden
meestal niet meer dan 2000 huidmon-
sters van elk een vierkante centimeter
groot worden geproduceerd. Een heel
verschil met de “Fabriek voor menselijke
huid” in het bioproductielaboratorium
BioPoLiS van het Fraunhofer IPA. Deze
vervaardigt als eerste ter wereld via een
volautomatisch procedé in vitro tot 5000
huidmonsters met het formaat van een
duimnagel per maand.
Naadloos automatiseringsproces
De installatie voor de fabricage van
kunstmatige huid is een typerend staaltje
biofabricage, de synthese van biologie
en automatiseringstechniek. De interdis-
ciplinaire samenwerking van biologen
en technische ingenieurs resulteerde in
een tot dusver ongekende automatise-
ringsgraad bij het kweken van weefsels,
het zogeheten tissue engineering. De
naadloze automatisering van alle pro-
cesstappen maakte het mogelijk nieuwe
productietechnische en economische
criteria aan te leggen inzake reprodu-
ceerbare kwaliteit, productievolume en
optimalisering van kosten bij de vervaar-
diging van huidmonsters.
Sneller produceren
Wie per maand rond de 5000 huidmon-
sters wil produceren moet zich strikt
houden aan de biologische eisen inzake
steriliteit en het intact houden van het
celmateriaal. Daarom worden in meer-
dere processtappen de huidmonsters die
als bronmateriaal dienen eerst gesterili-
seerd, per robot in de installatie over-
gebracht, gefragmenteerd, geïsoleerd
en op een speciale voedingsbodem tot
vermeerderen gebracht. Daarna volgt dan
het gezamenlijk onderbrengen van de
cellen in een driedimensionale gelmatrix
die uit twee lagen bestaat. In slechts drie
weken is de kunstmatige huid klaar voor
gebruik. Conform de uitgangspunten van
Hygienic Design hebben de ontwikke-
laars van de weefselfabriek een continu
procesverloop voor ogen gehad. In één
enkele installatie lopen celextractie en
vermeerdering, evenals de driedimen-
sionale weefselopbouw naadloos in
elkaar over.
Meer dan 1000 Festo componenten zijn
in het proces opgenomen. Een verschei-
denheid die varieert van luchtverzor-
gingssytemen via sensoren, cilinders en
elektrische assen en servo- en stap-
penmotoren tot snelschakelventielen en
de VUVG-ventielenreeks. Een groot deel
daarvan wordt ingezet in het celextractie-
proces. Overal waar componenten direct
in de productieruimten zijn opgenomen,
zijn cleanroom-uitvoeringen toegepast.
Daarnaast zorgt een compleet voorge-
monteerd decapper-systeem zelfstandig
voor het openschroeven van deksels.
Compleet en klaar voor de toekomst
Vandaag de dag al speelt de biofabricage
van ”tissue engineering”-producten een
belangrijke rol in de biotechnologie. Zij
maakt de vervaardiging van weefsels in
grotere hoeveelheden mogelijk en levert
zo een aanzienlijke bijdrage aan het
celonderzoek. Bovendien kunnen dankzij
de nieuwe technologie dierproeven
voor het testen van de dermatologische
verdraagbaarheid van producten komen
te vervallen. Kunstmatige huid helpt
daarnaast steeds vaker mensen, die in
het kader van een regeneratieve therapie
bijvoorbeeld voor slecht helende wonden
behandeld worden. In de toekomst willen
de wetenschappers het echter niet laten
bij de vervaardiging van kunstmatige
huid. Deze geautomatiseerde technolo-
gie moet in de komende jaren worden
doorontwikkeld zodat in de toekomst
ook ander weefsel zoals bijvoorbeeld
kraakbeen automatisch gefabriceerd kan
worden.
Automatische weefselkweken:
Festo componen-
ten in de celextractiemodule, ontwikkeld door het
Fraunhofer IPA.
“
Het geautomatiseerde proces heeft een veel betere reproduceerbaarheid dan
handmatige technieken mogelijk maken. Daardoor bereikt de weefselfabriek een
hogere kwaliteit kunstmatige huid.”
Andreas Traube, groepsleider sectie Biofabricage, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart.
Biofabricage par excellence:
de nieuwe weefselfa-
briek produceert tot 2,5 maal zo veel kunstmatige
huid als tot dusver mogelijk was.
