Nehmen uns die Roboter unsere Arbeit weg?

Einleitung

Mit einem leisen Surren arbeitet er acht Stunden am Stück, ohne Pause oder Beschwerden. Er reisst keine schlechten Witze, wird nie müde und fordert keine Lohnerhöhung. Hinter diesem Traummitarbeiter verbirgt sich – was nur unschwer zu erraten ist – ein Roboter.

In den letzten Jahren durchlief die Laborwelt tiefgreifende Veränderungen und Modernisierungen. An diesen ist die Automatisierung mithilfe von Robotern massgeblich beteiligt, die heute nicht mehr wegzudenken sind. Der folgende Text analysiert auf persönliche Weise die heutige Situation im molekulargenetischen Labor Clinical Genomics Lab (CGL) Bern und zeigt weitere Zukunftsperspektiven auf. Thematisiert werden insbesondere die Fragen nach den Alltagsveränderungen, Nutzen und Schwierigkeiten in der Arbeit mit automatisierten Systemen. Wichtig: Es werden keine Geräte explizit genannt, und der Artikel soll keinen Rückschluss auf bestimmte Firmen zulassen, es ist lediglich eine persönliche Einschätzung.

Die drei grossen P: schlagkräftige Argumente für die Arbeit mit Robotern

Wer sich mit der Thematik Roboter auseinandersetzt, wird immer wieder auf die drei grossen P stossen: Patient:innensicherheit, Probenmenge und Personalressourcen. Alle drei Aspekte profitieren massgeblich vom Einsatz von Pipettierrobotern, der diese zentralen Bereiche des Laboralltags verbessert.

Rund 60 bis 80 Prozent aller klinischen Entscheidungen basieren auf Laborergebnissen [¹]. Fehler können gravierende Folgen haben – insbesondere, wenn sie die Patient:innengesundheit direkt betreffen [1, ²]. Zwar entstehen die meisten Fehler in der präanalytischen Phase, also etwa bei der Blutentnahme, doch auch im Analyseprozess sind Risiken vorhanden [2, ³, ⁴]. Genau hier schaffen Roboter Entlastung: Sie verwechseln keine Proben, pipettieren präzise und arbeiten exakt nach Vorgabe.

Gleichzeitig steigt die Zahl der eingehenden Proben kontinuierlich, während das verfügbare Personal tendenziell abnimmt. Im Alltag wirkt sich diese Entwicklung so aus, dass teilweise mehrere Arbeitsplätze parallel übernommen werden müssen. Dieses Multitasking wiederum erhöht die Gefahr von Verwechslungen. Automatisierte Systeme bieten hier eine klare Entlastung – sie kompensieren die Lücke zwischen wachsenden Anforderungen und knappen Ressourcen.

Automatisierung im CGL: der aktuelle Stand

Das Inventar des CGL besteht längst nicht mehr nur aus simplen Pipetten und einigen Thermocyclern. Es wurde allein in den letzten fünf Jahren um rund zehn Pipettierroboter erweitert, welche die Mitarbeitenden bei der Arbeit unterstützen. Eine unaufhaltsame Entwicklung, die sich auf alle Laborfachbereiche ausdehnt. Zu den neusten Errungenschaften des CGL gehören ein komplexer Pipettierroboter für Next Generation Sequencing (NGS) und ein Extraktionsroboter. Die Gerätenamen wurden anonymisiert, weil es in diesem Text nicht um bestimmte Firmenprodukte gehen soll, sondern um die generelle Arbeit mit Robotern in einem molekularbiologischen Labor. Nennen wir die beiden also «Extra-X» und «Roberta».

Extra-X: Der mühsame Start eines nützlichen Helfers

Extra-X ist für die Vorbereitung der DNA-Extraktion aus Blut zuständig. Dazu gehören das Pipettieren von Blut oder Lysat und das Mischen mit einem Lysepuffer und einer Protease. Er besitzt einen Heizblock zur Inkubation des Enzym-Verdaus, verschieden grosse Pipettenspitzen, einen Abfalleimer und Probenplatten. Doch bis er zuverlässig lief, war der Weg steinig. Im Folgenden reflektiert eine Mitarbeiterin die Arbeit mit diesem Gerät.

Ein Einblick in die Funktion einer Geräteverantwortlichen: Interview mit Sonja Gempeler-Kuhn

Liebe Sonja, Sie waren massgeblich an der Inbetriebnahme des Extra-X beteiligt und sind auch weiterhin die Geräteverantwortliche. Wie lief die Inbetriebnahme dieses Geräts ab?

Wir bekamen eine zweitägige Schulung der Firma. Danach konnten wir erst mal einige Zeit nicht mehr weiterarbeiten, weil der Scanner mit den von uns verwendeten Barcodes inkompatibel war. Als dieses Hindernis schliesslich behoben war, konnten wir mit der Arbeit beginnen und stellten fest, was alles nicht geht. Bei diesem Gerät hat am Anfang ja wirklich ganz viel nicht funktioniert (lacht), beispielsweise, weil wir durch die verschiedenen Einsender unterschiedliche Röhrchengrössen haben, die nicht auf das mitgelieferte Rack passten. Das Rack musste zuerst mit Metalleinsätzen angepasst werden.

Mussten Sie diese Metallplättchen selbst organisieren, oder woher hatten Sie diese Idee?

Die hatten wir von der Firma, und die hat sie uns dann auf Nachfrage geschickt.

Wie verlief die weitere Inbetriebnahme?

Auch die weitere Entwicklung verlief eher holprig. Es kam das Problem mit dem Lysepuffer, der gemäss Schulung eine Woche bei 4 °C gelagert werden kann. Das stellte sich aber als unmöglich heraus, denn bei 4 °C kristallisiert der Puffer aus und verstopft die Spitzen. Mittlerweile wechseln wir den Puffer nach zwei Tagen und lagern ihn bei Raumtemperatur, so konnte dieses Problem behoben werden. Warum die Firma in der Schulung eine Lagerung bei 4 °C empfiehlt, verstehe ich nicht.

Bis all das ausgetestet wurde, brauchte es eine engmaschige Betreuung mit dem Techsupport und der Firma. Was ich in diesem Prozess sehr geschätzt hätte, wäre der Kontakt mit einem anderen Labor, das dieses Gerät bereits etabliert hat und aktiv nutzt. So hätten einige Hürden umgangen werden können.

Wie kann das sein, dass sich bei uns immer noch so viele Schwierigkeiten ergeben haben, obwohl dieses Gerät bereits in anderen diagnostischen Labors in Betrieb ist? Warum hat die Firma noch keine Lösungen, wenn sie das Gerät ja bei anderen Labors schon implementiert hat?

Die Firma sagte, wir seien die Einzigen, die diesen Kit benutzten, die anderen benutzten alle einen anderen Kit. Wir müssen auch aus Knochenmark extrahieren können, und das ist mit anderen Kits nicht etabliert. Wir wissen allerdings mittlerweile, dass es auch andere Labors gibt, die mit unserem Kit arbeiten. Toll wäre auch, wenn die Firma die Anregungen der Labors sammeln und die Programmierung danach verbessern würde. Wir haben ein Jahr lang gebraucht, bis wir das Gerät effektiv benutzen konnten. Für ein Gerät, das eigentlich marktfertig ist, scheint das doch sehr lange.

Nun hatten Sie also das Gerät ausreichend ausgetestet. Wie verliefen die Schulung und die Einarbeitung der weiteren Mitarbeitenden?

Ich fand es nicht einfach, weil wir so viele Probleme gehabt hatten. Das hatte sich natürlich schon rumgesprochen, und es gab einigen Widerstand. Manche weigerten sich sogar, am Freitagnachmittag mit dem Roboter zu arbeiten – zu hoch war das Risiko, dass Fehler zu Überstunden führten. Also ja, der Widerstand war anfangs gross, und das verstand ich sehr gut.

Wo sehen Sie denn den grössten Nutzen von Extra-X?

Jetzt, wo er läuft, ist er super, und man kann nebenbei andere Dinge machen. Wir haben auch sehr viel über die möglichen Störungen und ihre Behebung gelernt und können nun sehr viel selbst (ohne Techsupport) erreichen. Und die Verwechslungsgefahr ist wirklich massiv geringer, als wenn wir von Hand pipettieren. Wenn alles funktioniert, dann gibt es quasi keine Verwechslung. Wenn aber etwas von Hand gemacht werden muss, beispielsweise, weil ein Lysat zu viskös ist, dann ist die Verwechslungsgefahr natürlich wieder da. Man ist ein wenig langsamer als mit der manuellen Handmethode, aber man hat weniger Hands-on-Time und somit mehr Möglichkeiten. Das ist ein riesengrosser Vorteil. Und die Probenmenge, die wir mittlerweile haben, die könnten wir fast nicht mehr von Hand machen, daher sehe ich das Gerät mittlerweile als eine grosse Hilfe und Entlastung.

Roberta: Unverzichtbar in der NGS-Diagnostik

Roberta, das NGS-Pipettiersystem, ist deutlich grösser und komplexer. Sie führt über Tage hinweg aufwendige Pipettierschritte durch – von Amplifikationen bis zu Hybridisierungen. 

Auch hier war der Anfang ungewohnt: Im Gegensatz zum manuellen Protokoll werden mit Roberta keine Reagenzien gekühlt oder vorgewärmt. Ausserdem bleiben die Proben auch während mehrerer Stunden unbedeckt, selbst während eines längeren Inkubationsschrittes bei 65 °C.

Doch die Qualität der Ergebnisse überzeugt – die Libraries sind konsistenter als bei manueller Arbeit.

Beide Prozesse dauern etwa gleich lang. Wenn alles funktioniert, dann entstehen während des automatisierten Arbeitens von Roberta für das Laborpersonal erhebliche Zeitfenster, die beispielsweise für die Weiterentwicklung neuer Analysen genutzt werden können. Nur noch selten gibt es beispielsweise Spitzencrashes, die passieren, wenn einige Spitzen nicht abgeworfen wurden und auf die neue Spitzenbox krachen. Dann muss der automatisierte Run abgebrochen und manuell weiterpipettiert werden, was recht stressig werden kann. Hier ist es von Vorteil, wenn sich die zuständige BMA im selben Raum wie der Roboter aufhält, damit schnellstmöglich reagiert werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist, dass Roberta auch problemlos mehr als 56 Proben pipettieren kann, wogegen die manuelle Methode hier an ihre Grenzen stösst. Mittlerweile wäre eine rein manuelle NGS-Analyse kaum mehr von Hand zu bewältigen, denn das Probenaufkommen im CGL steigt stetig an. Damit ist Roberta zu einer festen Säule im Laboralltag geworden, und die Arbeit mit ihr läuft insgesamt sehr gut. Der Prozess bis hier war eher lang, es tauchten viele Fehler auf, die nun ausgemerzt werden konnten. Die Firma war stets entgegenkommend und hilfsbereit. Bei den regelmässigen Gerätewartungen wurden wir BMAs auch um eine Rückmeldung und allfällige Verbesserungsvorschläge gebeten. Dieser Austausch wird von uns sehr geschätzt.

Fazit

Die Roboter im CGL haben die Arbeitsweise nachhaltig verändert. Sie reduzieren Fehler, entlasten das Personal und ermöglichen die Bearbeitung von Probenmengen, die manuell nicht mehr zu schaffen wären. Zwar erfordert die Einführung Geduld, technisches Verständnis und die Bereitschaft, Hürden zu überwinden – doch sobald die Systeme stabil laufen, sind sie unverzichtbare Partner im Labor. 

Anstatt menschliche Arbeit überflüssig zu machen, schaffen Roboter neue Freiräume: für methodische Weiterentwicklungen, innovative Projekte und letztlich für den Fortschritt in der Patient:innenversorgung.

Bibliographie

1. Hallworth, M. J. (2011) The ’70% claim’: What is the evidence base? Ann Clin Biochem, 2011;48:487–8, http://dx.doi.org/10.1258/acb.2011.011177 ↩︎
2. Bonini, P., Plebani, M., Ceriotti, F. & Rubboli, F. (1995). Errors in Laboratory Medicine. Clinical Chemistry, 2002/48(5), S. 691-698. https://doi.org/10.1093/clinchem/48.5.691 ↩︎
3. Goldschmidt, H. M. J. & Lent, R. W. (2002). Gross errors and work flow analysis in the clinical laboratory. Klin Biochem Metab, 1995/3, S. 131-140. https://doi.org/10.1093/clinchem/48.5.691 ↩︎
4. Weyers, W. (2014). Confusion-specimen mix-up in dermatopathology and measures to prevent and detect it. Dermatology Practical & Conceptual, 2014/4(1), S. 27-42. https://doi.org/10.5826/dpc.0401a04 ↩︎