Projektstart „iCARus“ Intelligente Kultivierung von CAR-T-Zellen durch selbstlernende Systeme

Die CAR-T-Zell-Therapie ist eine personalisierte Krebsimmuntherapie, die aktuell vor allem zur Behandlung von bestimmten Leukämien und Lymphomen eingesetzt wird. 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 daher 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.

Vorteil von Reinforcement Learning liegt an Anpassungsfähigkeit

Hierfür werden im Projekt „iCARus“ am IPI – Institut für Produktion und Informatik der Hochschule Kempten selbstlernende Anlagen mit Pipettierrobotern entwickelt und als Hardware-Demonstrator aufgebaut, die die komplexen 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 Reinforcement Learning liegt insbesondere in dessen Anpassungsfähigkeit, die bei biologischen Systemen mit nicht klar definierbaren Reaktionen und Zuständen erforderlich ist“, erläutert Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Frieder Heieck. Bisherige Anwendungsfälle von Reinforcement Learning finden sich beispielsweise im Bereich der automatisierten Montage oder beim Gaming.

Im Forschungsprojekt wird das Reinforcement Learning zunächst anhand einfacher Anwendungen erprobt und dann auf komplexere, biologische Systeme übertragen. Zukünftig lassen sich so automatisierte, selbstlernende Anlagen auch in anderen Produktionsbereichen einsetzen, beispielsweise zur selbstständigen Minimierung von Energie- und Materialeinsätzen in der Fertigungstechnik. Zum Forschungskonsortium gehören neben dem IPI – Institut für Produktion und Informatik der Hochschule Kempten LABMaiTE.