Lab Execution Systeme für Arbeitsabläufe nutzen

Digitale Transformation im Labor

In vielen Bereichen der Laborarbeit bleiben Möglichkeiten der Digitalisierung noch ungenutzt. Die Autorin beschreibt das Potenzial der Digitalisierung in Laboren und zeigt dies am Beispiel eines Lab Execution Systems, wenn es in einzelne Laborarbeitsabläufe eingebunden wird.

Die großen Datenmengen, die Labore aller Industriezweige erzeugen, sind ein wichtiges Kapital für ein Unternehmen. Die Maximierung des Werts dieser Daten stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Heutige Laborumgebungen sind in der Regel mit vielen verschiedenen Arten von Analysegeräten und Software mehrerer Anbieter ausgestattet, was oft ein Problem darstellt, wenn es darum geht, die Verwaltung, die Speicherung, den Zugriff und die Analyse der unterschiedlichen Daten zu koordinieren.

Die nahtlose Verknüpfung von Prozessen und Daten im Labor ist ein primärer Eckpfeiler des Labor-4.0-Konzepts, einer Vision für das Labor der Zukunft, die digitale Transformation und Automatisierung verkörpert. Eine solche Transformation kann es den Laboren ermöglichen, ihre Prozesse und Verfahren zu automatisieren und den Fluss kontextbezogener Daten von vollständig integrierten, leicht zu verknüpfenden Plattformen im Labor und im gesamten Unternehmen digital zu erfassen.

Dieses Streben nach durchgängiger Automatisierung und Integration wird für die meisten Labore wahrscheinlich ein steiniger Weg. Laborhardware und -software verschiedener Hersteller sprechen in der Regel unterschiedliche „Sprachen“ und können daher nicht ohne weiteres miteinander verknüpft werden. Die meisten Labore würden auf der Grundlage der derzeit verwendeten Geräte und Software womöglich kaum eine Chance haben, eine kohärente „Plug-and-Play“-Einrichtung oder Datenverwaltung zu erreichen.

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Uneinheitliche Prozesse und Arbeitsabläufe bedeuten, dass die Labore immer noch auf manuelle Dateneingaben, Ergebniserfassung und papierbasierte Prozesse angewiesen sind. Die manuelle Transkription ist unweigerlich fehleranfällig und kann dazu führen, dass Daten in „flachen“ Dateiformaten (wie Word, PDF und Excel) übertragen werden, wodurch sie wiederum leicht in Datensilos verloren gehen und nur wenige oder gar keine kontextbezogenen Daten oder Metadaten enthalten. Solche Daten haben auch oft kein standardisiertes Format und können daher nicht leicht durchsucht oder verglichen werden. Und da sie weder das richtige Format haben noch vollständig oder bereinigt sind, können sie auch nicht zum Training von Algorithmen für Machine Learning (ML) und KI-Tools verwendet werden.

Die Vorteile eines digital vernetzten, voll integrierten Labors liegen also auf der Hand. Durch „digitale Kontinuität“ können Robotersysteme, Analyseinstrumente und Softwaretools miteinander kommunizieren, um Arbeitsabläufe zu planen, zu starten und auszuführen, Ergebnisse und Berichte zu generieren und zu versenden sowie Prozesse und SOPs zu validieren. Digitale Daten können in Echtzeit und in auffindbaren, lesbaren und aufschlussreichen Formaten an Data Lakes weitergeleitet werden, ohne dass der Kontext verloren geht, und mit dem Bezug zu den entsprechenden Prozessen und Metadaten.

Ein „digitales Labor“ könnte die manuelle Dateneingabe überflüssig machen, Transkriptionsfehler beseitigen und alle Aspekte des Laborbetriebs automatisieren – vom Probeneingang und der Bestandsverwaltung bis hin zu Terminplanung, Personalschulung und sogar Gerätekalibrierung. Indem die digitale Transformation dazu beiträgt, dass alle erforderlichen Aktivitäten ordnungsgemäß nachverfolgt und dokumentiert werden und für Audits und Untersuchungen zur Verfügung stehen, macht sie den Laborbetrieb nicht nur effizienter, sondern verbessert auch die Einhaltung der regulatorischen Vorschriften.

Die Aufbewahrung von Daten in einem digitalen Format ist hilfreich, um die Datenintegrität zu gewährleisten und die FAIR-Grundsätze (FAIR steht für: findable, accessible, interoperable, reusable) für die Ableitung und Verwaltung wissenschaftlicher Daten zu unterstützen. Digital erfasste Daten bleiben durch die Tatsache, dass sie in einem zugänglichen digitalen Format vorliegen, „bestehen“ und sie sind für die gesamte Organisation direkt verfügbar. Das Labor ist in der Regel Teil eines größeren „Ganzen“, und so wird eine „Labor 4.0“-fähige Organisation von einer zentralisierten Datenmanagement-Infrastruktur profitieren, die alle relevanten Daten, von Versuchsergebnissen, Inventar, Analysen etc., in der gesamten Organisation verfügbar macht.

Die Roadmap für das Labor 4.0 basiert somit auf Automatisierung, Integration und Konnektivität. Allerdings wird diese Roadmap für jedes Labor anders aussehen, da jedes Labor seinen eigenen Startpunkt, seine eigenen Prioritäten und seine eigenen Endpunkte für die Reise zur digitalen Kontinuität hat. Der Einsatz von Augmented Reality in der Automobilentwicklung beispielsweise ist für ein pharmazeutisches Qualitätskontrolllabor wahrscheinlich nicht besonders relevant.

Erster Schritt: Analyse und Planung

Der Fortschritt auf dem Weg zur digitalen Transformation basiert auf einer Überprüfung der vorhandenen Technologien des Labors, seiner realistischen Ziele und Zeitvorgaben. Diese Ziele sollten zusammen mit den menschlichen Aspekten des Veränderungsmanagements bewertet werden. Der Ausgangspunkt jeder Digitalisierungsreise sollte daher darin bestehen, zu überprüfen, „was“ das Labor tut und „wie“ es das tut, im Hinblick auf die bereits vorhandene Hard- und Software und deren Nutzung. Anschließend kann man überlegen, wie die wichtigsten Prozesse digital optimiert werden können. Hierzu gehört es auch, festzustellen, was wichtig ist und was kurz-, mittel- oder langfristig realisierbar ist.

Laborspezifische Systeme nutzen

Laborinformations- und Managementsysteme (LIMS) sind heute in der Regel die Grundlage für die digitale Infrastruktur in den Laboren, um Proben zu verwalten, Tests zu planen und Ergebnisse weiterzuleiten, aber viele Labore nutzen hierfür noch papierbasierte Prozesse, so dass ihre digitale Reise auf einer anderen Ebene beginnen wird. Zusätzlich zu einem LIMS kann ein modernes Lab Execution System (LES) die tägliche Orchestrierung von Laboraufgaben noch weiter erleichtern, die manuelle (papierbasierte) Dokumentation von Aufgaben überflüssig machen und so Reproduzierbarkeit, Effizienz und Compliance fördern.

Screenshot aus einem Vorgang in „STARLIMS LES“. © Abbott Informatics Germany

Während eine LIMS-Benutzeroberfläche in der Regel für die Verwendung auf einem Standard-Desktop- oder Laptop-PC konzipiert ist, sollte eine LES-Plattform für die Verwendung auf mobilen Touchscreen-Geräten optimiert sein, damit sie in einer Laborumgebung bequem bedient werden kann. So wurde „STARLIMS LES“ entwickelt, um es Laboranten und Laborantinnen zu ermöglichen, alle mit ihren Laborabläufen verbundenen Parameter in einer integrierten, schrittweisen und validierten Sequenz einfach zu erfassen.

Der Arbeitsablauf könnte zum Beispiel so einfach sein wie „Probe wiegen, Lösungsmittel hinzufügen, dann homogenisieren“. Aber das LES setzt nicht nur den Arbeitsablauf in Gang, sondern fordert den/die Labormitarbeiter/-in direkt auf, die Aktionen zu bestätigen, und zeichnet dabei automatisch wichtige Parameter auf, bspw. welche Waage verwendet wird, wer die Arbeit ausführt, welche Probe gewogen wird und mehr. Durch die Barcodierung von Probenbehältern, Reagenzien und Laborgeräten können die Informationen für diese Schritte einfach eingegeben werden, wodurch der Dokumentationsaufwand für den Labormitarbeitenden minimiert wird. Erforderliche Freigabeprüfungen, wie z. B. dass genutzte Reagenzien nicht abgelaufen sind und dass Analysegeräte ordnungsgemäß gewartet und kalibriert wurden, können durch das System automatisch durchgeführt werden. Alle im Starlims LES aufgezeichneten Informationen werden dabei automatisch an das LIMS zurück übermittelt, wo sie dann für weitere Auswertungen, Reporting und Review zur Verfügung stehen.

Ein Lab Execution System kann somit eine wertvolle Ergänzung zu einem LIMS sein, indem es den Labormitarbeitenden ermöglicht, alle Arbeitsschritte direkt im System zu dokumentieren, ohne die Notwendigkeit jeglicher papierbasierten Protokolle. Darüber hinaus können sowohl Effizienz als auch Zuverlässigkeit gesteigert werden, wenn Laborgeräte wie Waagen oder pH-Meter Daten automatisch ans LES übermitteln und alle Validierungsschritte direkt im System erfolgen.

AUTORIN
Caroline Araujo
Abbott Informatics Germany GmbH, Witten
AISalesGermany@starlims.com
www.starlims.com

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