Beschleunigte Wirkstoffentwicklung durch KI-gestützte

Business-Kontext

Die Pharmaindustrie setzt zunehmend auf fortschrittliche Zellkulturmodelle, um die Erfolgsquoten in der Wirkstoffentwicklung zu verbessern. Manuelle Prozesse begrenzen jedoch weiterhin Skalierbarkeit und Reproduzierbarkeit. Diese arbeitsintensiven Workflows führen zu Variabilität und verlängern experimentelle Zeitpläne. Steigende Entwicklungskosten erhöhen den Druck auf Pharmaunternehmen, ihre Zellkulturoperationen mit robusten, automatisierten Lösungen zu modernisieren, die konsistente, hochwertige Daten in großem Maßstab liefern und so fundierte Entscheidungen unterstützen.

Projektüberblick

Genau das war die Mission unseres Kunden¹: das Potenzial fortschrittlicher Zellkulturmodelle in der Wirkstoffentwicklung zu erschließen, indem skalierbare und reproduzierbare Zellkulturprozesse ermöglicht werden. Ziel war es, die Lücke zwischen hochmoderner Biologie und industrialisierten Workflows zu schließen und Zellkultur von einer „Handwerkskunst“ in einen zuverlässigen High-Throughput-Prozess zu überführen. Damit wollte der Kunde Forschungsteams in die Lage versetzen, in kürzerer Zeit mehr Experimente durchzuführen – mit größerem Vertrauen in die Vergleichbarkeit und Qualität der Ergebnisse.

Das primäre Ziel war die Entwicklung einer Plattform, die Zellkulturprozesse vollständig automatisiert – einschließlich Inkubation, Liquid Handling, Bildgebung und Probenhandling. Das bedeutete, Hardware, Software und Analytik nahtlos in einer einzigen, intuitiven Lösung zu integrieren, die mit minimalem menschlichem Eingriff kontinuierlich betrieben werden kann.

Unser Vorgehen

Wir stellten ein interdisziplinäres Team auf, das in einem kollaborativen und hochagilen Setup gemeinsam mit dem Kunden und verschiedenen Stakeholdern in mehreren Workstreams arbeitete:

Wir lieferten strategische Beratung zur System- und Softwarearchitektur als Leitplanken für die Implementierungsphase.
Unser Team entwickelte und implementierte fortschrittliche Konnektivitäts- und Integrationslösungen, die sich nahtlos mit kritischen Softwarekomponenten verbanden – einschließlich des Machine-Learning-Kerns und der Anwendung zur Hardware-Orchestrierung.
Darüber hinaus erbrachten wir Business-Consulting-Leistungen mit Fokus auf zukünftige Skalierbarkeit, Return on Investment (ROI) und die Entwicklung eines umfassenden Business Case für die Gesamtlösung.

Die Lösung

Die gesamte automatisierte Plattform wurde auf Basis bestehender Standalone-Geräte entwickelt, die über Robotik und Software integriert wurden.

Unser Team entwickelte eine Workflow-Management- und Orchestrierungslösung, die es dem Nutzer ermöglicht, mit der Plattform zu interagieren und durchgängige, automatisierte Zellkulturprozesse auszuführen.

Die Software ermöglicht ein effizientes Prozess- und Datenhandling, um komplexe Zellkulturprotokolle dynamisch zu steuern.

Entdecken Sie die Lösung in der folgenden Grafik:

Diagramm mit blauen und weißen Kästchen, die eine Verbindung zwischen 'Device & Machines', 'Connectivity Platform', 'Scheduling & Optimization' und 'Graphical User Interface' zeigen

Geräte & Maschinen

Geräte: Roboterhandler, Mikroskop, Inkubator,...

Konnektivität: Ethernet, USB, serielle Schnittstellen, Feldbus

Konnektivitätsplattform^*

Prozess-Engine, ML-Analyse, API-Integrationen, Bildübertragung von Geräten, Datenspeicherung

^{* Bei der Hardware-Integration haben wir mit einer Lösung für effizientes Testen und Stabilisieren der Geräte unterstützt.}

Benutzeroberfläche

REST, Systemstatus, Fehlerbehandlung

Terminplanung & Optimierung

Datenspeicherung, Queuing, dateibasierte Kommunikation

Unsere Leistungen

Software-Produktverantwortung (Product Ownership) & Projektmanagement
Anforderungsanalyse und Spezifikation
Design & Implementierung der Softwarearchitektur
UI-Design (Benutzeroberflächendesign)
Identitäts- und Zugriffsmanagement
Backend-Implementierung zur Prozesssteuerung
Frontend-Implementierung für die Nutzerinteraktion
API-Implementierung
Kontinuierliche Bereitstellung (Continuous Deployment)
Marktzugang und Business-Support
Dokumentation

Technisches Umfeld

Spring
Spring Boot
Spring MVC
Spring Integration
Docker
Azure
Azure DevOps
REST

Teamrollen

Leitung Commercial-Workstream
Software-Projektmanager
Software Product Owner (Produktverantwortliche:r)
Anforderungsingenieur:in (Requirements Engineer)
Softwarearchitekt
Softwareentwickler
Softwaretester
Security Engineer (Sicherheitsingenieur:in)

Ergebnisse

Durch agile Entwicklung und eine sehr kollaborative Arbeitsweise konnte das Projektteam in kurzer Zeit eine erste Version der Softwarearchitektur der Plattform erstellen.

Die Plattform demonstrierte die Machbarkeit der Automatisierung von Zellkultur-Workflows, lieferte technische Erkenntnisse sowie ein tiefes Verständnis ihres Potenzials hinsichtlich Skalierbarkeit und Reproduzierbarkeit.

Ausgehend von einem eher abstrakten Funktionsumfang half uns das Team von ZEISS Digital Innovation, in kurzer Zeit konkrete Softwareanforderungen herauszuarbeiten und umzusetzen – was letztlich zu einer Lösung führte, die unsere Hardware-Installation zum Leben erweckte.

Das Softwareteam hat unser Projekt bereichert, indem es seine fundierte Erfahrung aus früheren Entwicklungsprojekten eingebracht hat – und dabei offen für neue Arbeitsweisen blieb.

Innovationsmanager:in Kundeneigene Venture Unit
In unserem dynamischen Projekt habe ich ZDI als offenen und vertrauenswürdigen Partner erlebt.

Angesichts hoher Unsicherheiten und sich ändernder Anforderungen lieferte das Team eine äußerst robuste Software, die nun den Kulturprozess steuert und uns das Vertrauen gibt, den Schritt hin zu einem kommerzialisierbaren Produkt zu wagen.

ML-Spezialist:in Kundeneigene Venture Unit