iCARus - Intelligente Kultivierung von CAR T-Zellen unter Verwendung selbstlernender Systeme

Projektbeschreibung

Die CAR-T-Zell-Therapie ist eine personalisierte Krebsimmuntherapie und wird aktuell vor allem zur Behandlung von bestimmten Leukämien und Lymphomen eingesetzt. Dabei werden patientenindividuelle Immunzellen (T-Zellen) in speziellen Laboren gentechnisch verändert und über eine Infusion verabreicht. Die Herstellung dieser CAR-T-Zellen dauert bis dato mehrere Wochen und ist äußerst kostenintensiv. Langfristiges Ziel ist die Entwicklung eines automatisierten Systems, das in der Lage ist, CAR-T-Zellen schneller und kostengünstiger herzustellen und so einen besseren Zugang zu dieser Therapiemethode zu ermöglichen.

Hierfür werden im Projekt „iCARus“ am Institut für Produktion und Informatik (IPI) selbstlernende Anlagen mit Pipettierrobotern entwickelt und als Hardware-Demonstrator aufgebaut, die komplexe Arbeitsprozesse selbstständig regeln. Mithilfe von Reinforcement Learning (RL, bestärkendes Lernen), einem „Trial and Error“ Prinzip des maschinellen Lernens, erlernt die Anlage, welche Aktionen durchgeführt werden müssen, um ein gewünschtes Zellwachstum der CAR-T-Zellen zu erzielen. Der Vorteil von RL liegt insbesondere in dessen Anpassungsfähigkeit, die bei biologischen Systemen mit nicht klar definierbaren Reaktionen und Zuständen erforderlich ist. Bisherige Anwendungsfälle von RL finden sich bspw. im Bereich der automatisierten Montage oder bei Spielen. Im Projekt wird das Reinforcement Learning zunächst anhand einfacher Anwendungen erprobt und dann auf komplexere, biologische Systeme übertragen.