Da bancada ao leito: transformando os laboratórios de P&D por meio da automação

May 15, 2023

Durante séculos, os cientistas trabalharam em laboratórios cercados por um conjunto de instrumentos em constante evolução. Na década de 1990, a introdução de dispositivos de automação de bancada levou a uma explosão de produtividade e descoberta, aprimorada pela rede computadorizada possibilitada nas décadas de 2000 e 2010. Para a maioria das empresas farmacêuticas, é lá que o laboratório de P&D permanece até hoje - incrivelmente equipado com centrífugas e estações de manipulação de líquidos que contribuíram para descobertas vitais para o avanço da saúde. Mas a maioria dos laboratórios ainda carece de automação avançada, miniaturização e integração que podem permitir que os cientistas atinjam os limites do que é possível.

Os executivos da indústria farmacêutica podem estar se perguntando: "Para onde estão indo todos esses dólares de pesquisa?" Aumentos acentuados nos gastos com P&D garantiram ganhos apenas medianos: nos Estados Unidos, os gastos com P&D dobraram para US$ 80 bilhões em 2019, de US$ 40 bilhões em 2001, mas o número de novos medicamentos desenvolvidos ao mesmo tempo aumentou apenas marginalmente (Quadro 1).

Paradoxalmente, uma proporção substancial do aumento dos orçamentos de P&D foi absorvida pelo aumento dos custos trabalhistas, enquanto a escassez de habilidades restringiu a capacidade geral.

Reduzir o tempo da bancada do laboratório até o leito é uma promessa significativa. Em nossa experiência, as empresas farmacêuticas têm o potencial de lançar medicamentos no mercado com mais de 500 dias de rapidez e reduzir os custos de desenvolvimento em 25%, implementando um conjunto abrangente de alavancas, incluindo — crucialmente — a automação. Avanços críticos em orquestração de laboratório, robótica e tecnologias de manipulação de líquidos estão agora oferecendo uma trajetória para sair dessas pressões conflitantes, apresentando a automação de laboratório como uma prioridade estratégica e gerando uma enxurrada de parcerias industriais, investimentos acelerados e avanços.

A automação não é uma bala de prata ou uma solução única para todos, mas a automação completa pode trazer inúmeros benefícios aos laboratórios de P&D (consulte a barra lateral "A diferença entre um laboratório de P&D manual e um totalmente automatizado"). Especificamente, tem um potencial significativo para contribuir com melhorias em todos os KPIs laboratoriais primários, incluindo o seguinte:

Algumas qualidades críticas distinguem os laboratórios manuais de P&D dos automatizados.

Os processos comuns em laboratórios de status quo que permanecem a norma em P&D farmacêutico são ineficientes e deixam muito espaço para melhorias:

Por outro lado, a visão futura e automatizada das principais operações de P&D emprega processos muito mais eficientes:

Hoje, uma confluência de avanços técnicos, maior integração e compatibilidade de tecnologias e avanços no suporte a sistemas digitais tornaram a exploração de opções de automação mais acessível e mais urgente. Dado que a automação só pode ser bem-sucedida se for adotada e integrada aos processos científicos, a experiência e as necessidades dos cientistas envolvidos devem orientar a tomada de decisão. O restante deste artigo apresenta quatro prioridades para implantar a automação bem-sucedida em P&D farmacêutico, todas as quais contribuem para os KPIs de laboratório.

Os processos de P&D mudaram progressivamente do uso de frascos únicos para placas de microtitulação de alto rendimento que permitem aos cientistas conduzir 96, 384 ou até 1.536 experimentos em paralelo. Além de aumentar o rendimento em até 100 vezes, essas placas podem reduzir o volume de material de amostra e reagentes necessários em até 90%, expandindo o número de experimentos possíveis a partir de amostras limitadas de pacientes. Eles também permitem um manuseio mais preciso dos materiais, o que aumenta a velocidade dos processos biológicos e permite reproduzir os mesmos resultados em outros lugares.

O máximo de 384 poços, que se baseava nos limites físicos da tecnologia de manipulação de líquidos com ponta, também foi ultrapassado. Avanços recentes no manuseio de líquidos acústicos prenunciam formatos completamente novos, como microarranjos de gotículas, que são lâminas de vidro com gotículas individuais em vez de poços. Isso permite que dezenas de milhares de reações aconteçam em paralelo. Tecnologias inovadoras adicionais, como a microfluídica de gotículas como parte de um lab-on-a-chip, estão abrindo caminho para experimentos sequenciais de alta velocidade.