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Digitalisierung

cubuslab schlägt für Labore die Brücke ins digitale Zeitalter

Das im März 2015 aus dem KIT ausgegründete Karlsruher Start-up cubuslab hat eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht, Laborgeräte von der Feinwaage bis zum analytischen Messgerät miteinander zu vernetzen. Damit können Arbeitsabläufe automatisiert werden und Daten in einem digitalen Laborbuch zentral verknüpft und gespeichert werden.

Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Lytisch zu sein ist die Eigenschaft eines Bakteriophagen, seine Wirtszelle bei der Infektion zu zerstören.
  • Die PCR oder Polymerase-Kettenreaktion ist eine molekularbiologische Methode, mit der kurze DNA-Abschnitte auf einfache Weise vervielfältigt werden. Man benötigt dazu lediglich die DNA-Vorlage, ein Enzym namens DNA-Polymerase, das die Vervielfältigung katalysiert, Ansatzstücke für die Polymerase, die sog. Primer, und die DNA-Bausteine, die sog. Desoxynukleosidtriphosphate. Gesteuert wird die Vervielfältigung über mehrere Zyklen von Temperaturerhöhungen und -senkungen.
  • Good Manufacturing Practise. Eine Sammlung an Richtlinien zu Qualitätssicherung der Produktionsabläufe und -umgebung
  • Eine Mikrotiterplatte ist eine rechteckige Platte aus Kunststoff mit einer bestimmten Anzahl von definierten Vertiefungen (Kavitäten). Sie gehört zu alltäglichen Laborbedarf und findet Anwendung bei verschiedenen gebräuchlichen Methoden wie z.B. dem ELISA.
Die Software im Einsatz im Labor. © cubuslab

Viele Lebenswissenschaftler kennen das: Statt schon mal das nächste Experiment anzusetzen und neue Ergebnisse zu produzieren, muss man Protokolle ausfüllen, die erzeugten Daten in ein Laborbuch schreiben und Fotos und Grafiken dazu kleben.  Diese Handarbeit mutet in einem modernen Labor voller Hightech-Geräte doch recht altmodisch an. Und die Nachteile liegen auf der Hand. Neben dem Zeitverlust können Fehler beim Abschreiben der Daten entstehen und die Daten stehen im Anschluss nur an einer Stelle gesammelt zur Verfügung. Schnell mal mit einem Kollegen von einem anderen Computer aus darauf zuzugreifen, um die Daten zu diskutieren, ist nicht möglich. Dies müsste im digitalen Zeitalter doch besser und einfacher gehen. Genau hier setzt das im März 2015 aus dem KIT ausgegründete Karlsruher Start-up an.

„Die meisten Laborgeräte bringen gute Hardware sowie eine Schnittstelle mit, aber die Brücke vom Gerät zum Laborjournal fehlt", erläutert Martin Langer, Geschäftsführer und Mitgründer von cubuslab. „Diese Brücke bauen wir. Zuerst werden mit unserer Lösung die unterschiedlichen Messgeräte in einem Netzwerk ansprechbar. Von dort können sie dann überwacht, ferngesteuert und ausgelesen werden. Die Daten werden in Echtzeit visualisiert und stehen direkt im elektronischen Laborjournal zur Verfügung. Damit entfallen manuelle Dokumentation und mühseliger Datentransfer." Das Laborjournal entwickelt cubuslab in Kooperation mit dem Institut für Toxikologie und Genetik (ITG) am KIT Campus Nord. Es enthält einen Reaktionsplaner, einen Molekül- und Well-Plate-Designer sowie eine Struktur- und Sample-Datenbank.

Einfache Vernetzung aller Laborgeräte

Bis zu vier Laborgeräte, die über eine Schnittstelle verfügen, können an den cubuslab Connector angeschlossen werden. Innerhalb von nur 30 Sekunden ist ein Gerät vom Laboranten in Betrieb genommen. Es kann sofort gesteuert und die Daten können ausgelesen werden. © cubuslab

Herzstück der Technologie ist der sogenannte „Connector", der etwa so groß wie eine Kreditkarte ist und an die Geräteschnittstelle des jeweiligen Laborgerätes gesteckt wird. Er verbindet das Gerät mit einem Server. Dieser wird entweder in der cubuslab Cloud für Kunden betrieben oder steht, komplett vom Internet abgeschlossen, im Unternehmen. Dieser übermittelt dann wiederum die Daten an das gewünschte Endgerät. Dieses kann ein Computer, aber auch zum Beispiel ein Tablet sein, da die eigentliche Arbeitsoberfläche browserbasiert ist.

Dabei funktioniert die Technologie in zwei Richtungen: Zum einen werden alle gewünschten Daten der angeschlossenen Geräte in Echtzeit erfasst und visualisiert, zum anderen können die angeschlossenen Geräte auch vom PC aus gesteuert werden. Damit sind ein genaues Monitoring der Arbeitsabläufe und eine Automatisierung verschiedener Arbeitsprozesse möglich. Im Prinzip können so alle Geräte in einem Labor verknüpft werden. „Wir haben bereits eine Vielzahl von Standardgeräten in unserem Repertoire. Diese müssen einfach nur eingesteckt werden und sind mit einem Klick installiert", erklärt Langer.

Für weitere Geräte kann cubuslab die nötige Software in sehr kurzer Zeit programmieren und den Kunden bereitstellen. Komplexere Geräte, wie zum Beispiel eine Real-Time-PCR oder ein analytisches Messgerät, die standardmäßig mit einem Computer verbunden sind und bereits eine eigene Auswertungssoftware mitbringen, können ebenfalls integriert werden. Man bekommt das Gerät in der cubuslab-Oberfläche angezeigt, kann es auswählen und über die bekannte Gerätesoftware bedienen. Die Daten der Herstellersoftware werden von cubuslab importiert.

Über die Connectoren werden die Daten verschlüsselt an einen Server geschickt, von dem aus die Daten auf jedes beliebige Endgerät gesendet werden können. Umgekehrt können die Laborgeräte zentral gesteuert werden. © cubuslab

Durch die automatische Übertragung der Daten entfallen typische Fehlerquellen, wie ganz banale Abschreibfehler oder lückenhafte Dokumentation. „Alles wird exakter. Zudem entfällt mit Benutzerauthentifizierung das Gegenzeichnen bei manueller Datenerfassung, zum Beispiel bei Patentanträgen oder Arbeiten unter GLP und GMP. Damit spart unsere Technologie Mühe, Arbeitszeit und Kosten", erläutert Martin Langer die Vorteile.

Mit der Technologie wendet sich cubuslab an Labore von Forschungseinrichtungen und Industrie. Aber insbesondere auch Reseller zum Vertrieb der cubuslab-Lösung, sowie Gerätehersteller, die ihren Geräten mit der Technologie von cubuslab weitere Funktionalitäten mitgeben möchten, sind für die junge Firma als Kunden interessant.  „Wir sind bereits an verschiedenen Entwicklungsprojekten beteiligt und an neuen Kooperationspartnern interessiert", so Langer.

Die Idee entstand während der Promotion

Das Team der cubuslab GmbH bei der Verleihung des CyberChampions Awards, v.l.n.r: Julian Lübke, Martin Langer, Robert Koning (Business Angel), Dominic Lütjohann. © Björn Pados, Imagona

Die Grundlagen für die Technologie von cubuslab wurden während der Promotion des Gründers und Geschäftsführers, Dominic Lütjohann, geschaffen. In seiner Dissertation schrieb er ein Programm, um die Daten einer Waage automatisch in ein elektronisches Laborbuch zu übertragen. Gegen Ende der Promotion reifte der Plan zur Ausgründung heran. Hierfür benötigte er jedoch noch einen geeigneten Partner, der sein technisches Know-how um Kenntnisse in Betriebswirtschaft und Marketing ergänzte. Diesen lernte er auf einem vom Center for Entrepreneurship (CIE) des KIT monatlich veranstalteten „Gründergrillen" kennen. Martin Langer, der am KIT Wirtschaftsingenieurwesen studierte, brachte aus seinem Engagement in der Hochschulgruppe Enactus Karlsruhe bereits Erfahrung im Gründen sowie in Marketing und Vertrieb mit. Innerhalb weniger Monate erarbeiteten die Gründer einen Businessplan, schrieben einen erfolgreichen EXIST-Förderantrag, suchten sich weitere Förderer und ergänzten das Team mit Julian Lübke, Grafik-Designer, Front-End Entwickler und ebenfalls Wirtschaftsingenieur des KIT. Im März 2015 wurde die cubuslab GmbH dann gegründet.

Inzwischen wird die Technologie bereits bei mehreren Pilotkunden getestet. Die Software für ein digitales Laborjournal (ELN), in das alle automatisch erfassten Daten einfließen, soll 2016 von cubuslab erhältlich sein, für Universitäten sogar kostenlos.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/cubuslab-schlaegt-fuer-labore-die-bruecke-ins-digitale-zeitalter/