Eine Maschine zum Sortieren von Zebrafischeiern
Zebrafische sind nur vier oder fünf Zentimeter lang und haben nur wenig Ähnlichkeit mit dem Menschen. Es mag daher überraschen zu erfahren, dass sie 70 % ihrer Gene mit uns teilen. Diese biologische Eigenschaft und die Tatsache, dass ihre Eier reichlich vorhanden und durchsichtig sind, machen diese winzigen Süßwasserfische für die Wissenschaft besonders wertvoll. In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Forschung mit Zebrafischen in allen Bereichen – von Myopathie und anderen genetischen Störungen bis hin zu Krebs, Alzheimer, Medikamentenentwicklung und toxikologischen Tests – stark zugenommen. Doch dieser neue Modellorganismus hat einen entscheidenden Nachteil: Die mühsame Untersuchung der Eier unter dem Mikroskop, um gesunde Exemplare für die Forschung zu identifizieren. Das EPFL-Spin-off Bionomous hat Mikrotechnik und künstliche Intelligenz kombiniert, um eine Maschine zu entwickeln, die diese Sortierarbeit von mehreren Stunden auf wenige Minuten verkürzt. Nach einer ersten Finanzierungsrunde zu Beginn dieses Jahres bereitet sich das Unternehmen darauf vor, seine Maschine im Herbst auf den Markt zu bringen. Es arbeitet auch an einer Version des Geräts mit grösserem Fassungsvermögen, die den Sortierprozess für andere Arten von Eiern und Samen beschleunigen könnte.
Analyse von fluoreszierenden Fischen
«Die Vorteile der Verwendung von Zebrafischen in der Forschung wurden erstmals vor rund 20 Jahren erkannt. Ein entscheidender Vorteil der Zebrabärblinge ist, dass sie sich bereits in einem sehr frühen Stadium ausserhalb des Körpers der Mutter entwickeln», sagt Frank Bonnet, CEO und Mitbegründer von Bionomous. «Das macht sie zu einer ethischeren Wahl als andere Modelle, wie z. B. Mäuse, und unterstützt eine breite Palette von Forschungsarbeiten über die Entwicklung von Fischen und damit auch von Wirbeltieren», sagt Frank Bonnet, Geschäftsführer und Mitbegründer von Bionomous, der im Rahmen seiner Diplomarbeit an der Entwicklung eines Roboterfisches arbeitete, der in Zebrafischschwärme aus Fleisch und Blut eindringen kann. Die Idee für sein Gerät kam ihm, nachdem er beobachtet hatte, wie andere Forschende stundenlang vor einem Mikroskop sassen, um lebensfähige Eier zu selektieren.
Nach seiner Promotion machte sich Bonnet daran, ein Gerät zu entwickeln, das ein ganzes Reagenzglas – mit Tausenden von Eiern – in einem einzigen Durchgang bearbeiten kann. Das Gerät verwendet ein mikrofluidisches System, um einzelne Exemplare zu erfassen und sie nacheinander auf ein gekerbtes Rad zu schleudern. Während sich das Rad dreht, laufen die Eier unter einer Kamera hindurch. Die Bilder werden dann von einem System mit künstlicher Intelligenz verarbeitet: Gesunde Proben werden auf eine Siebplatte oder in eine Petrischale pipettiert, während abgelehnte Proben in einen separaten Behälter geleitet werden. Die Maschine unterstützt auch die Fluoreszenzbildgebung bei genetisch veränderten Proben, so dass die Wissenschaftler Merkmale wie Blutgefässe und Neuronen in Echtzeit beobachten können. Die Deep-Learning-Algorithmen können auf die Anforderungen der Forschenden zugeschnitten werden und Eizellen nach Befruchtungsstatus, Entwicklungsstadium, morphologischen Merkmalen oder spezifischen Biomarkern klassifizieren.
Eine neue Version in Vorbereitung auf die Sortierung anderer kleiner Einheiten
Seit der Patentanmeldung im Jahr 2017 hat das Unternehmen eine Anschubfinanzierung aus mehreren Quellen erhalten und seine Technologie in einer Reihe von Labors getestet, darunter das schwedische Karolinksa-Institut, eine der grössten Tierforschungseinrichtungen Europas. «Eines unserer Geräte ist ein fester Bestandteil der Oregon State University, die auch mehrere Geräte der neuen Generation bestellt hat», sagt Bonnet.
2021 sammelte das Spin-off in einer ersten Finanzierungsrunde 1,3 Millionen Schweizer Franken ein. Mit dieser Kapitalspritze hat es die Maschine fertiggestellt und wird sie diesen Herbst auf den Markt bringen. Nun arbeitet das Unternehmen an einer neuen Version, um die Forschung an anderen kleinen biologischen Einheiten zu unterstützen: «In Bereichen wie der Landwirtschaft und der Fischzucht verbringen Forschende immer noch unzählige Stunden damit, riesige Mengen an Eiern und Samen zu sortieren», sagt COO und Mitgründerin Ana Hernando. Als Mitglied der Venture Leaders Biotech-Kohorte wird Bonnet Mitte September in die Vereinigten Staaten reisen, um internationale Investoren und führende Akteure in diesem Nischenmarkt zu treffen.
