2014 01 02 tk spez lw automation

LABORWELT Nr. 1 / 2014 – 15. Jahrgang

Automation in den Life Sciences

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23.01.2014 16:45:12 Uhr

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07.01.14 12:13 22.01.2014 18:20:07 Uhr

Intro Automation

Intelligente Automation dringend gesucht Thomas Gabrielczyk, BIOCOM AG, Berlin

Bild: Cetics

Automatisierungslösungen für die Life Sciences werden sowohl in der akademischen Forschung als auch in der Industrie immer wichtiger. Neben möglichst viel Durchsatz bei möglichst geringen Kosten und möglichst hoher Qualität geht es in den beiden sehr verschiedenen Wissenschaftswelten vor allem auch um eines: Zeit. Aus Sicht von Arzneimittelherstellern wertvolle Patentlaufzeit, die bares Geld wert ist. Aus Sicht der Akademia Zeit, um noch mehr Publikationen auf der Liste zu haben, die Währung der Forschung. Entsprechend hoch ist das Interesse an Forschungswerkzeugen, die helfen, diese Ziele zu erreichen. Eine große Nachfrage gibt es daher in ganz unterschiedlichen Bereichen. Weil weltweit zahlreiche akademische Sequenzierungsprojekte mit dem Ziel gefördert werden, Signalwege zu identifizieren, die eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Krankheiten spielen, die heute nur schwer therapierbar sind, ist die Nachfrage nach schnellen Sequenzierungstechnologien und entsprechender Probenvorbereitung in der Grundlagenforschung hoch. Andererseits steigt in der Pharma- und Service-Industrie die Nachfrage nach Verfahren, die helfen, Arzneimittel schneller zu entwickeln oder Krankheiten schneller und besser zu diagnostizieren. Als nachhaltiger Trend in der konservativen BiopharmaBranche zeigt sich hier der Einsatz von Einwegmaterialien zur Produktion von Biologika. Neue Geräte ermöglichen dabei eine parallelisierte Entwicklung neuer Produktionsprozesse, der dafür erforderlichen Zellkulturmedien sowie Produktionszelllinien.

Reichte vor einigen Jahren für Forscher allein die Sequenzierung und Annotation der denkbaren Genfunktionen, liegt die Messlatte für eine Publikation heute deutlich höher.

Entsprechend gilt der alte Werbespruch des Weltmarktführers im hochparallelisierten Next Generation Sequencing (NGS) nicht länger in dieser Form. Mit „ I can publish in record time“ hatte es die US-NGS-Schmiede Illumina, die die vom britischen Unternehmen Solexa entwickelte Technologie vermarktet und weiterentwickelt, zuletzt auf einen Marktanteil von 56% im immer noch wichtigen Marktsegment „Sequencing Hardware and Comsumables“ gebracht. Dies berichtet zumindest die Ende Dezember 2013 erschienene Marktstudie „Global Next Generation Sequencing (NGS) Market Report 2013-2017“ des irischen Marktforschungsunternehmens Research & Markets. Auf die Plätze verweist das kalifornische Technologieunternehmen, LABORWELT

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das in diesem Jahr zum dritten Mal in Folge die 1 Mrd. US-$-Umsatzschwelle überschreiten wird, damit Unternehmen wie die von ThermoFisher Scientific übernommene Life Technologies, 454 Roche und Pacific Biosciences. Immer stärker dominieren, der Studie zufolge, Tischsequenzierer den Markt.

Indes gewinnen zwei weitere Marktsegmente mit anderen Unternehmen zunehmend an Gewicht, ohne die die erforderliche Datenqualität gar nicht erreicht wird. Die Prä-Sequenzierung, die zum Beispiel Kits und Pipettierroboter zur Probenvorbereitung und Erzeugung von NGS-Bibliotheken (Libraries) umfasst (vgl. Seiten VII, X, XII und XXI). Der eigentliche, durchsatzbestimmende Flaschenhals zeigt sich jedoch erst, nachdem Forscher oder Sequenzierungsdienstleister die Basenabfolge bestimmt haben: bei der Auswertung, Speicherung und Verknüpfung der Daten und ihrem Zusammenführen mit

klinischen, diagnostischen und Bilddaten zum Zwecke der Interpretation ihrer biologischen beziehungsweise potentiellen medizinischen Bedeutung. Weil der Gebrauch von Open Source-Bioinformatik-Lösungen spezielles Know-how erfordert, drängen immer mehr schlüsselfertige Lösungen für die Auswertung von Big Data auf den Markt.

Sequencing-Daten lassen sich dadurch etwa mit toxikologischen oder diagnostischen Metabolomom-Fingerprints verbinden und etwa bei der Entwicklung personalisierter Arzneien nutzen (vgl. Seite XVIII). Derzeit beherrschen Unternehmen wie die dänische CLC bio (Denmark), Biomatters (Neuseeland), Partek (USA), Genomatix, Knome (USA) und DNASTAR (USA) den Markt für Analysesoftware für diverse Sequenzierungsapplikationen. Doch zunehmend drängen auch Großanbieter wie etwa Qiagen oder SAP in das Marktsegment Software und Bioformatik (vgl. Seite XI). Denn nach dem Sequenzierungshype der jüngsten Jahre spüren auch die Wissenschaftler zunehmend den Druck, Interpretationen statt Annotationen liefern zu müssen.

Bioprozessentwicklung Eine ebenso große Dynamik infolge steigender Nachfrage zeigt ein ganz anderes, industrierelevanteres Anwendungsfeld: die Produktion biologischer Arzneimittel. In dem wegen der langen Entwicklungszeit der Pharmaka eher konservativen Markt tut sich seit etwa zehn Jahres Erstaunliches. Die Pharmaunternehmen und Lohnhersteller (CMOs) setzen zunehmend auf flexibel einsetzbare Einmalfermenter, -sensoren und -filter in Herstellung und Produktaufarbeitung. Besonders von Interesse dabei: die Entwicklung effizienterer Bioprozesse. Das Interesse an verbesserten Prozessen ist – der Ende November erschienenen bis dato weltgrößten Anwenderumfrage von BioPlan Associates zufolge – in den vergangenen vier Jahren kontinuierlich gewachsen; und damit auch das Interesse, möglichst schnell den optimalen Produktionsprozess zu finden. Hilfreich dabei sind das automatisierte Medien- und Produktionszellscreening in sogenannten Mikrobioreaktoren (vgl. Seiten IV und XV), die die Bedingungen großer Produktionsfermenter simulieren sollen und damit helfen, Umstellungen des Prozesses im Zuge des Scale-up zu vermeiden. Positiver Nebeneffekt der automatischen, softwarekontrollierten Steuerung der multiplen Reaktionsgefäße: Die Wahrscheinlichkeit für Anwenderfehler nimmt ab und damit jene für eine reproduzierbare Prozessführung und optimierte Zufuhr von Nährmedium in Abhängigkeit vom Zustand der Zellkultur zu.

Der Studie von Bioplan Associates zufolge machen Single-Use-Produkte derzeit bereits 35% der Produktion und 16% der Produktaufreinigung aus. Tendenz steigend.

15. Jahrgang | Nr. 1/2014 | III

23.01.2014 16:46:14 Uhr

Laborautomation Prozessentwicklung

Komplettes Portfolio für die Zellkulturentwicklung Dr. Hendrik Wünsche, Rainer Marzahl, Dr. Dirk Sievers, Pall Life Sciences Das Verringern von Produktionskosten („Cost-of-goods“) und der Entwicklungszeit („Timeto-market“) werden immer mehr zu erfolgsbestimmenden Faktoren im schnellwachsenden 163 Mrd. US-$-Markt für therapeutische Proteine und Antikörper. Der kombinierte Einsatz flexibler Einwegausrüstung für die Bioprozessentwicklung sowie innovativer Prozessanalysetechnik (Process Analytical Technology, PAT) ermöglicht dabei deutliche Effizienzsteigerungen in der Bioprozessentwicklung. Pall und die Pall-Division ForteBio haben unlängst ihr Produktportfolio für die schnelle Entwicklung und online-Überwachung qualitätsgesicherter Zellkulturprozesse für die biopharmazeutische Produktion vervollständigt. Neben einem brandneuen wellendurchmischten Einwegbioreaktorsystem steht Bioprozess- und Medienentwicklern ein Mikroreaktorsystem für die Hochdurchsatz-Prozessentwicklung sowie ein Analysesystem zur Echtzeit-Überwachung fermentationskritischer Proteine zur Verfügung.

Der Pall XRS 20 Single-Use-Bioreaktor und der Micro-24 MicroReactor beschleunigen die Auswahl der optimalen Zelllinien in der frühen Prozessentwicklung und vereinfachen die nachfolgende Prozessgestaltung. Systeme für die labelfreie Proteinanalyse von Pall ForteBio gestatten darüber hinaus die schnelle Quantifizierung von Proteinen und das Echtzeit-Monitoring der Proteinexpression, der Proteinselektivität und der biologischen Aktivität. Gemeinsam verbessern die Systeme die Effizienz und Wirtschaftlichkeit in der Zellkulturentwicklung und tragen zum Erreichen der Ziele der Quality-by-Design-Initiative der Food and Drug Administration (FDA) bei.

Der Pall XRS 20-Bioreaktor ist ein wellendurchmischtes Einwegbioreaktorsystem, das sich für die Kultivierung von Säugerzellen in Suspensionskulturen unter kontrollierten Bedingungen eignet (Abb. 1). Es kann sowohl für Forschungsprojekte als auch für die GMPgerechte Produktion von Volumina von zwei bis 20 Litern eingesetzt werden.

Single-Use-Bioreaktor im 20-Liter-Maßstab In dem Bioreaktor ist das neuartige Konzept der biaxialen Durchmischung realisiert. Die

Abb. 1: Der Pall XRS 20 Single-Use-Bioreaktor für Anwendungen im Labor- und Prozessmaßstab (2 bis 20 Liter Arbeitsvolumen) mit Pall ForteBio-Systemen (rechts) zur labelfreien Echtzeit-Proteinanalyse mittels Biolayer-Interferometrie (BLI) IV | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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www.laborwelt.de resultierende Taumelbewegung verbessert die Mischleistung, den Sauerstoffeintrag sowie den Stofftransfer. Dies ermöglicht eine schnellere Nährstoffzufuhr und Entfernung von Metaboliten, so dass höhere Zelldichten und Vitalitäten erreicht werden. Verglichen mit konventionellen Systemen ergeben sich dadurch höhere Expressionsraten und Proteinkonzentrationen (Abb. 2).

Das System nutzt einen einfach installierbaren AllegroTM XRS 20 Single-Use-Biocontainer mit integrierten Filtern, Sensoren und Schlauchsets. Die Kontrolle aller relevanten Prozessparameter erfolgt über eine Touchscreen-Steuerung. Die Kultivierungseinheit ist während der Fermentation komplett geschlossen. Dies vermindert das Verletzungsrisiko durch sich bewegende Bauteile und schützt gleichzeitig lichtempfindliche Medienkomponenten.

Parallel-Bioreaktoren zur Prozessentwicklung Die frühe Prozessentwicklung umfasst neben der Zelllinien- und Klonauswahl auch das Screening von Medien und der Substratzusammensetzung. Palls Micro-24 MicroReactor ermöglicht eine Prozessentwicklung in hohem Durchsatz (High Throughput Process Development, HTPD) bei gleichzeitiger Kontrolle der Prozessparameter. Der Parallelbioreaktor gestattet das systematische und zielgerichtete Auffinden der für den jeweiligen Prozess optimal geeigneten Zelllinien, die das gewünschte Zielmolekül in höchster Ausbeute und Qualität schnellstmöglich produzieren. Der MicroReactor arbeitet mit betabestrahlten Einwegkassetten, mit denen sich in separaten Reaktorzellen bis zu 24 verschiedene Fermentationen zugleich durchführen lassen.

Das System bietet die Möglichkeit, sowohl die Gelöstsauerstoffkonzentration als auch den pH-Wert sowie die Temperatur in jeder Kammer zu messen und individuell zu kontrollieren. Die Zugabe von Gasen – Sauerstoff und Stickstof f zur Regelung der Gelöstsauerstoffkonzentration sowie Kohlendioxid zur Regelung des pH-Werts – erfolgt über eine Injektionsöffnung am Boden der Kammern.

Die Gase gelangen über ein Steigrohr an die Flüssigkeitsoberfläche und von dort in die Zellkultur, so dass eine Schädigung empfindlicher Zellen durch Aufschäumeffekte unterbleibt.

Der Micro-24-Bioreaktor ermöglicht ein frühzeitiges Screening von Klonen unter Reak torbedingungen und beschleunig t das Optimieren von Prozessparametern.

Die Ergebnisse lassen sich problemlos auf LABORWELT

23.01.2014 16:47:30 Uhr

Rührkessel-Reaktoren größeren Maßstabs übertragen. Der Nährmedieneinsatz ist mit einem Kulturvolumen von nur fünf Millilitern je Reaktionsgefäß äußerst gering.

Labelfreie Proteinanalyse Die Biolayer-Interferometrie (BLI) misst die Bindung von Molekülen auf Basis der optischen Interferometrie, das heißt der Überlagerung von Lichtwellen, die an zwei Grenzflächen reflektiert werden. Die Messung mit gebrauchsfertigen Biosensoren etabliert sich zusehends als Werkzeug zur Bestimmung der Konzentration von Proteinen oder „Small Molecules“ sowie der Bindungskinetik. Als optische online-Messmethode stellt die BLI eine echte Alternative zu langwierigen, bisher verbreiteten Messmethoden wie dem Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) oder der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) dar. Sie wird in der Arzneimittelentwicklung eingesetzt, um die Konzentration von Antikörpern und anderen Proteinen in Zellkulturüberständen zu bestimmen (Abb. 3).

Die Möglichkeit zur unmittelbaren Quantifizierung aktiver Proteine bietet gegenüber den traditionellen offline-Verfahren erhebliche Vorteile für die Zellkulturentwicklung. Die BLI-Technologie kann niedrigere Proteintiter bestimmen, weist einen höheren Durchsatz auf und kommt ohne kosten- und zeitaufwändige Systemreinigung

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Abb. 2: Zelldichten und Zellvitalitäten am Beispiel eines monoklonalen Antikörpers. Vergleich der Leistungsdaten des Pall XRS 20 Single-Use-Bioreaktors (biaxiale Mischtechnik, grüne Kurven) mit einem konventionell durchmischten System (blaue Kurven). Das Pall XRS 20-System erzielte eine um 18% höhere Zelldichte und einen um 30% höheren Antikörpertiter. aus. Anwender erhalten fundierte Entscheidungshilfen für das weitere Vorgehen und können den Bedarf an assayspezifischen Reagenzien reduzieren und die erforderliche Probenmenge senken.

Im Gegensatz zu ELISA oder HPLC lässt sich die Quantifizierung mittels Pall ForteBio Octet®- oder BLItzTM-Systemen in den meisten Fällen auch für nicht aufbereitete Rohproben einsetzen. Zelltrümmer haben keinen Einfluss, so dass die Probenvorbereitung auf ein Minimum reduziert wird. Die Analyse der dem Bioreaktor entnommenen Proben ist auf diese Weise in einem schnellen Einstufen-Verfahren möglich.

Mit einem Octet-High-Throughput-System lassen sich 96 Proben in zwei Minuten untersuchen, was eine sehr schnelle Identifizierung und Selektion der produktivsten Klone in gängigen Expressionssystemen eröffnet.

Fazit Moderne BLI-Systeme, die ohne serviceintensive Mikrofluidik-Komponenten auskommen, werden allen Anforderungen an Genauigkeit, LABORWELT

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Präzision und Spezifität gerecht und bieten darüber hinaus einen breiten dynamischen Messbereich. Die Entwicklungs- und Optimierungszeiten bis zur Skalierung in den Produktionsmaßstab werden erheblich verkürzt.

Lief die Prozessentwicklung bis vor kurzem noch in Schüttelkolben ab, profitiert die Zellkulturtechnologie nun von neuartigen, aufeinander abgestimmten Bioreaktorsystemen,

die die Prozessentwicklung beschleunigen und die Kultivierungsleistung verbessern helfen.

Sowohl der neue Pall XRS 20 Single-Use-Bioreaktor als auch der seit drei Jahren etablierte Micro-24 MicroReactor unterstützen die Bioprozessentwicklung mit verbesserter Leistung und vereinfachter Bedienung. Komplementär dazu bietet die Biolayer-Interferometrie (BLI) zur labelfreien Proteinanalyse eine automatisierte

Proteinquantifizierung in der Zellkulturentwicklung. Der einfache Dip-and-ReadTM-Ansatz aller Pall ForteBio-Systeme ermöglicht durch einen direkten Bindungsassay präzise und schnelle Messungen von Konzentrationen und Bindungskinetiken, die für Drug Discovery und Drug Development sowie die Produktion und die Qualitätskontrolle von Therapeutika von Nutzen sind.

Kontakt Dr. Hendrik Wünsche Field Applications Specialist (Proteinanalyse) hendrik_wuensche@europe.pall.com Rainer Marzahl Field Applications Specialist (Bioreaktoren) rainer_marzahl@europe.pall.com Dr. Dirk Sievers Technical Marketing Manager dirk_sievers@europe.pall.com

Abb. 3: Einsatz von BLI-Systemen zur schnellen Bestimmung von Proteinkonzentrationen im Rahmen einer Zellkulturentwicklung mit einem Micro-24 MicroReactor. Klonselektion (links) und Optimierung der Prozesstemperatur (rechts).

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Next Generation Sequencing

Illumina NGS-System sequenziert Humangenom für weniger als 1.000 US-$ Mit einem Feuerwerk beeindruckender Nachrichten hat die Illumina Inc. das Jahr begonnen.

Auf der JP Morgan-Konferenz stellte der Weltmarktführer auf dem Gebiet des Next-Generation-Sequencings zwei neue Plattformen vor, die verschiedene Märkte bedienen und durch eine verbesserte Optik und Durchflusszelle die Sequenzierung noch einmal deutlich beschleunigen. Die eine bedient den Markt der Handvoll Großsequenzierungszentren weltweit mit einem Gerät, das laut Illumina-CEO Joe Flatley „als erstes Gerät ein Humangenom für weniger als 1.000 US-$ sequenziert“.

Illumina will das Großgerät, das derzeit nichts anderes kann, als Humangenome zu sequenzieren, aber um automatisierte Arbeitsprogramme erweitert werden soll, bei einer Mindestabnahmemenge von zehn Geräten für 10 Mio. US-$ verkaufen. Die Plattform liefert dafür fünf Humangenome pro Tag – fünfmal so viel wie die Vorgängerversion HiSeq2500. Der Durchsatz des bisherigen Firmenflaggschiffes wird auch von der zweiten Plattform erreicht.

Das zu einem offiziellen Listenpreis von 250.000 US-$ verkaufte NextSeq 500-System spricht als automatisierter HochdurchsatzBenchtop-Sequencer den viel breiteren Forschungsmarkt an. Neuerungen, wie die VerVI | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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besserung der Oberflächenchemie und des Designs der Durchflusszelle, lassen das Gerät ein Humangenom und 16 Exome an einem einzigen Tag lesen – eine willkommene Herausforderung für die Datenspeicherung und -analyse. Allerdings, so räumte Flatley ein, lasse sich der Durchsatz auch herunterfahren. Die Gesamtumsätze sind trotz eines gewaltigen Hypes – so wurde etwa das Single-cell-sequencing von NATURE zur „Methode des Jahres 2013“ gekürt – übersichtlich. Im vierten Quartal 2013 lagen sie bei 387 Mio. US-$.

Umstrukturierung zielt auf Diagnostik Einige Tage später stellte Illumina dann seine Strategie vor, um dem Next-GenerationSequencing auch in klinischen Fragen zum Marktdurchbruch zu verhelfen. Bereits im Oktober hatte die Firma sich in fünf Unternehmenseinheiten restrukturiert, die verschiedene Märkte mit eigenem Produktmarketing und eigener Technologieentwicklung ansprechen: Life Sciences, reproduktive und genetische Gesundheit, Onkologie, Neue und aufstrebende Märkte sowie Unternehmensinformatik. Jetzt gab Flatley Details bekannt: Die Einheit Repro-

Neu: Benchtop-System Illumina NextSeq500 ductive Health wird für ihren nicht-invasiven Pränataltest NIPD die FDA-Zulassung als Invitro-Diagnostikum auf dem HiSeq® 2500-System beantragen und auf dem MiSeq®-System laufende Tests für die Präimplantationsdiagnostik etablieren. Die Onkologieeinheit wird eine „Targeted-Sequencing“-Strategie für den klinischen Nachweis von Biomarkern etablieren.

Eine entsprechende Kooperation zur Entwicklung eines Biomarker-Gene-panels fürt Amgens Krebsantikörper Panitumumab) sei bereits vereinbart. Daneben sollen gemeinsam mit Klinikern Testrichtlinien entwickelt werden.

LABORWELT

23.01.2014 16:50:51 Uhr

NGS Libraries – leicht und schnell hergestellt Sebastian Fröhler, Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin, Berlin, Ulrich Wilkening, Eppendorf AG, Hamburg Das Next Generation Sequencing (NGS) ist wenige Jahre nach seiner Entwicklung nicht mehr aus dem modernen Laboralltag wegzudenken. Eine Vielzahl an Fragestellungen kann erst durch NGS verwirklicht werden, da die bisherigen Ansätze entweder zu teuer, zu langwierig oder schlichtweg nicht machbar waren. Hierzu zählen zum Beispiel das Whole Genome Sequencing, das Exome Sequencing, ChIP-Seq und auch die RNA-Sequenzierung. Bei Letzterer wird entweder die messenger RNA (mRNA) spezifisch angereichert oder es werden unerwünschte, häufig vorkommende RNA abgereichert (ribosome-depleted total RNA). Die RNA-Sequenzierung ermöglicht das Auffinden bislang unbekannter Transkripte sowie die Quantifizierung bekannter Transkripte und ist heute ein unverzichtbares Werkzeug, nicht nur in der Grundlagenforschung.

Bevor eine Probe auf einem NGS-System sequenziert werden kann, muss sie in eine sogenannte Bibliothek oder „Library“ umgewandelt werden.

Hierzu werden die Ausgangsnukleinsäuren zunächst fragmentiert, um sie den Leselängen des zu verwendenden Sequenziergerätes anzupassen. Danach müssen die Enden repariert, mit einem Überhang (meistens Einzel-A) versehen, Adapter ligiert und angereichert werden.

Gerade die RNA-Sequenzierung bedarf einer meist extrem zeitraubenden Probenvorbereitung – eine Tatsache, die im Zusammenspiel mit hohen Kosten für Reagenzien, teilweise seltenen und kostbaren Proben die Nachfrage nach Automation fördert – auch, um durch zuverlässigere Ergebnisse Kosten zu sparen. Die hohe Anzahl manueller Einzelschritte, die kleinen Volumina und die häufigen Aufreinigungen der Zwischenprodukte mit Hilfe von Magnetpartikeln bedeuten hier nicht nur einen hohen Aufwand, sondern bergen auch die Gefahr vieler Fehlerquellen, die durch Automatisierung minimiert werden können.Für die RNA-Sequenzierung mit Illumina HiSeq- oder MiSeq-Systemen bietet Eppendorf durch speziell programmierte Methoden für die Eppendorf epMotion 5075 eine maßgeschneiderte Lösung, um das Illumina TruSeq Stranded Total RNA Library-Konstruktionsprotokoll zu automatisieren.

Automatisiertes Liquid Handling Die epMotion 5075 ist ein automatisiertes Liquid Handling-System, welches mit einer Vielzahl an Werkzeugen und Zubehörmodulen – wie zum Beispiel Ein- und Achtkanal-Pipettierwerkzeugen sowie Heiz-/Kühl- und Mischmodulen – ausgestattet werden kann, um die unterschiedlichsten Protokolle abzuarbeiten. Durch Eppendorfs langjährige Erfahrung, speziell in den Bereichen Liquid Handling, Mischen und Temperieren, liefert die epMotion außerordentlich gute und präzise Arbeitsergebnisse. Dies wird im ZusamLABORWELT

menspiel mit Eppendorf-Verbrauchsmaterialien wie Automatenspitzen und PCR-Platten noch weiter unterstützt. Für zusätzliche Sicherheit beziehungsweise Zuverlässigkeit sorgt ein in die epMotion integrierter optischer Sensor, mit dem vor dem Start einer Methode einerseits Füllvolumina innerhalb von Gefäßen und andererseits die korrekte Positionierung von Labware, Spitzen und auch die Bestückung von Spitzenboxen überprüft werden kann.

Speziell für die beschriebene Methode ist die epMotion 5075 mit einem ThermoMixer-Modul und einem weiteren Temperaturmodul ausgestattet, um die unterschiedlichen, aufeinander folgenden Inkubationsschritte abarbeiten zu können. Die gesamte Prozedur zur automatisierten Herstellung sequenzierfertiger Libraries ist auf drei Untermethoden verteilt, die von der epMotion – bis zur Anreicherungs-PCR – unterbrechungsfrei abgearbeitet werden.

Um ein möglichst hohes Maß an Automation zu erreichen, ist die Methode für 8, 16 oder 24 Proben konzipiert, alle Inkubationsschritte – bis auf die Anreicherungs-PCR – werden in den auf der epMotion verfügbaren Temperaturmodulen durchgeführt. Die Untermethoden enden jeweils an den von Illumina im Protokoll angegebenen „Safe Stopping Points“, die es erlauben, die Zwischenprodukte für bis zu sieben Tage bei -20 °C bis -15 °C zu lagern. Die Gesamtlaufzeiten zur Herstellung von 8/16 oder 24 Libraries betragen 9,5; 10,5 und 11,5 Stunden – darin eingerechnet sind schon 45 Minuten Anreicherungs-PCR auf einem externen PCR Cycler – wie zum Beispiel dem Eppendorf Mastercycler Pro S. Dies ist für zum Beispiel acht Proben nicht unbedingt schneller als eine manuelle Präparation, aber dafür kann die Walk-away-Zeit genutzt werden, um andere Aufgaben zu erledigen. Außerdem ist die automatisierte Prozedur reproduzierbarer und vollständig dokumentiert. Alle Reaktionsschritte erfolgen in Eppendorf 96-well twin. tec semi-skirted-PCR-Platten – zur effizienten Reduktion der Vorbereitungszeit und Totvolu-

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Automation Stranded Total RNA Sequencing

Abb. 1: Typische Bioanalyzer-Elektropherogramme von finalen Libraries nach der Präparation von 100 bzw. 1000 ng Gesamt-RNA (Agilent Universal Human Reference RNA) mit der epMotion-Methode und dem Illumina TruSeq Stranded Total RNA Kit. zusätzliche Schritte integrieren, bei denen die finalen Libraries in benutzerdefinierte Zielgefäße transferiert werden könnten. Die gesamte Vorbereitungszeit für einen kompletten Lauf mit 24 Proben beträgt weniger als eine Stunde, was eine deutliche Zeitersparnis gegenüber einem manuellen Abarbeiten der Prozedur bedeutet – hierfür wären etwa drei ganze Labortage mit jeweils acht Proben erforderlich.

Typische Ergebnisse für 100 oder 1000 ng eingesetzte Gesamt-RNA (Agilent UHR) sind in der Abbildung 1 gezeigt. Mit dem Agilent 2100 Bioanalyzer und dem DNA 1000-Kit wurden Fragmentgrößen zwischen 180 und 600 bp nachgewiesen – mit einem Maximum bei ca.

270 bp. Die mit dem Qubit dsDNA HS Assay (Life Technologies) ermittelten Library-Ausbeuten liegen bei bis zu 24,9 ng/µL für 100 ng eingesetzte

mina werden die im Illumina-Kit vorhandenen Reagenzien in 1,5- oder 2,0 mL-Eppendorf SafeLock Tubes vorgelegt und durch EinkanalPipettierwerkzeuge zu den Proben pipettiert.

Lediglich die für die Zwischenaufreinigungen notwendigen Magnetpartikel (Agencourt, AMPure XP und RNAclean XP Beads, Beckman Coulter) und die Waschlösungen (70 % bzw.

80 % Ethanol) werden zur Verteilung mit einem Achtkanal-Pipettierwerkzeug in Reservoire vorgelegt. Die für die Sequenzierung und das Pooling notwendigen Index-Adapter können auf einer Arbeitsposition in unterschiedlicher Labware vorgelegt werden – je nach Anzahl, Kombination und Volumen. Hierzu kann die entsprechende vorgefertigte Methode vor dem Start einfach in der epBlue-Software des Gerätes angepasst werden. Ebenso ließen sich noch

Gesamt-RNA bzw. 37,7 ng/µL für 1000 ng Gesamt-RNA. Das nutzbare finale Elutionsvolumen betrug 17,5 µL. Zur Sequenzierung wurden jeweils sechs Libraries gepoolt und in einer Lane einer HiSeq Flowcell im Paired End-Modus sequenziert (2x101 nt + 7 nt Index Adapter). Typische Sequenzierergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Durchschnittlich wurden mehr als 30 Millionen Readpaare pro Probe erreicht, davon ließen sich 88,53 % alignieren, die Strang­information war in 99,23 % der Reads korrekt, und nur 0,21 % bzw.

0,18 % der Reads waren ribosomalen bzw. mitochondrialen Ursprungs. Adapterdimere waren so gut wie nicht vorhanden.

Fazit Beschrieben ist eine maßgeschneiderte Automationslösung, mit der sich mit äußerst wenig manuellem Aufwand aus 8, 16 oder 24 Proben von jeweils 100 bis 1000 ng GesamtRNA in insgesamt 12 Stunden reproduzierbare, sequenzierfertige Libraries herstellen lassen. Die Sequenzierdaten und die Qualitätsmetriken der Libraries, die mit der epMotion hergestellt wurden, sind vergleichbar mit denen von manuell hergestellten Libraries. Zusätzliche Methoden zur Bearbeitung weiterer Library Kits von Illumina sind in der Planung – darüber hinaus lässt sich die epMotion natürlich individuell für weitere Liquid-Handling-Aufgaben – auch durch den Anwender – programmieren und nutzen.

Tab. 1: Ergebnisse der Sequenzierung Sample

ID

PF reads

Dimers

% aligned

% unique

% rRNA

% stranded

% MT reads

1

UHR 1 µg

75.872.102

0

75,87%

69,98%

0,29%

98,90%

0,27%

% dimers 0,00%

2

UHR 1 µg

93.760.562

0

76,49%

69,56%

0,24%

99,12%

0,22%

0,00%

3

UHR 1 µg

73.760.506

0

86,29%

79,65%

0,32%

98,95%

0,30%

0,00%

4

UHR 1 µg

65.009.084

2

79,49%

72,10%

0,19%

99,14%

0,18%

0,00%

5

UHR 100ng

50.262.600

2

87,64%

81,29%

0,27%

98,83%

0,26%

0,00%

6

UHR 100ng

60.192.280

4

79,70%

72,97%

0,20%

99,05%

0,18%

0,00%

7

UHR 100ng

59.119.856

72

83,32%

76,15%

0,25%

99,03%

0,23%

0,00%

8

UHR 100ng

63.840.420

66

80,74%

74,61%

0,22%

99,02%

0,20%

0,00%

9

UHR 100ng

54.475.148

19

78,98%

72,85%

0,20%

98,96%

0,18%

0,00%

10

UHR 100ng

54.030.100

0

89,41%

83,44%

0,15%

99,37%

0,11%

0,00%

11

UHR 100ng

75.548.272

0

86,75%

79,35%

0,32%

99,21%

0,30%

0,00%

12

UHR 100ng

61.473.272

0

90,20%

84,63%

0,39%

99,27%

0,09%

0,00%

13

UHR 100ng

54.958.908

20

83,25%

76,52%

0,21%

99,02%

0,20%

0,00%

14

UHR 100ng

56.464.316

0

92,24%

86,71%

0,11%

99,29%

0,07%

0,00%

15

UHR 100ng

58.367.574

22

79,49%

72,55%

0,21%

99,04%

0,19%

0,00%

16

UHR 100ng

53.932.400

0

91,28%

85,74%

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UHR 100ng

51.380.550

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UHR 100ng

63.489.884

0

92,42%

86,97%

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99,28%

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UHR 100ng

54.920.672

19

92,78%

86,63%

0,11%

99,32%

0,07%

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20

UHR 100ng

58.055.836

0

91,12%

81,67%

5,17%

99,35%

0,28%

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21

UHR 1 µg

69.967.042

0

91,75%

86,12%

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99,34%

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72.043.934

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90,98%

85,44%

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UHR 1 µg

64.787.894

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92,59%

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UHR 1 µg

63.943.398

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92,19%

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99,37%

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VIII | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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LABORWELT

22.01.2014 18:32:39 Uhr

RNA-Sequenzierung Automation

Bibliotheken für RNA-Seq-Applikationen Dr. Jürgen Zimmermann, Dinko Pavlinic, Dr. Vladimir Benes, Genomics Core Facility, European Molecular Biology Laboratory (EMBL),Heidelberg Die Produktion von DNA-Bibliotheken in ausreichender Menge und Qualität ist neben der eigentlichen Sequenzierung der essentielle Schritt, um entsprechend aussagekräftige Ergebnisse im Next Generation Sequencing (NGS)-Prozess zu erzielen. Automatisierte Verfahren müssen sich nicht nur auf die große Variabilität der verwendeten Verfahren, sondern auch auf das häufig grenzwertige Material (Menge und Qualität) einstellen können. Auch besteht eine Verwirrung um den Begriff „fully automated“. Hier wird er im Sinne von „walk away“ verstanden. Nach der Beladung des Gerätes mit dem gesamten Verbrauchsmaterial, Proben und dem Starten des Systems ist erst nach Abschluss der Prozessierung wieder eine manuelle Intervention nötig. Auch soll dem beschränkten Platz im Labor Rechnung getragen werden und in der Betrachtung lediglich ein „single deck“-System Berücksichtigung finden, in diesem Fall zur Erzeugung von RNA-Seq-Bibliotheken. Eine wichtige Anforderung ist eine Kapazität zur Erzeugung von Bibliotheken aus bis zu 96 RNA-Proben mit optionalen Modulen für die Reduzierung von ribosomaler RNA und/oder Berücksichtigung der Strangspezifität unter Verwendung von Illumina TrueSeq-Kits.

Das Verfahren wurde auf einem Biomek-System FXp (Beckman Coulter) implementiert. Verwendung findet hierbei ein Entwurf der das Design einer generalisierten NGS-Library-Workstation (Abb. 1) mit einem vereinheitlichten Deck-Layout verbindet, der sich bereits bei der Erzeugung von

manuelles 96-Kanal Pipettiersystem

EINFACH I S C H N E L L

Libraries unter Verwendung von Proben aus genomischer DNA, Chip-DNA als auch Exome-Capture-Material bewährt hat: Zwei Pippetierköpfe, einer für 96 Wegwerfspitzen und einen Greifer, der zweite mit acht Adaptern für Wegwerfspitzen, ermöglichen sowohl parallele autonome

Aktionen als auch die zusätzliche Optimierung für „Single Tip“-Adressierung und Plateprocessing in einem Schritt. Das High-Density-Deck verfügt über 23 Positionen, die bis zu vierfach belegt werden können. Ein bereits fest belegter U-förmiger Bereich umschließt dabei eine frei belegbare Fläche. Die Fixkonfiguration enthält ein automatisiertes PCR-Gerät für Amplifikationen und voll evaporationskontrollierte Inkubationen, zwei Peltier-Adapter für Temperierungen, davon einer mit zusätzlicher Schüttelfunktion, einen Orbitalshaker für Schütteloperationen mit großer Amplitude sowie Positionen für das Laden von Tips, Tips einer Waschstation mit probenspezifischen Waschkanälen und einer Abfallstation.

Damit stehen 10 Positionen für max. 40 Platten oder andere Funktionen im Plattenformat (Magnet, Reservoire, etc.) frei zur Verfügung.

Für den hier beschriebenen RNA-Prozess wird das Deck entsprechend Abbildung 2a konfiguriert. Die Peltierpositionen werden mit Deepwellplatten für entsprechend skalierte Mastermixe und Ampure XP oder SizeSelect (Beckman) Magnetpartikel bestückt. Flüssigkeiten, für die ein größerer Bedarf besteht, wie Ethanol und verschiedene Waschpuffer, werden in großvolumigen Reservoiren vorgehalten.

Eine weitere Position ist reserviert für einen Mikrotiterplattenmagnet. Das initiale Layout nutzt weitere Deckpositionen für Einzelplatten wie Input, Output, Indexprimer und PCR. Zwei Positionen dienen der Plattenlogistik, wie dem

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Automation RNA-Sequenzierung

Abstellen von genutzten Platten. Die letzte Position wird von einem „arched lid“ besetzt.

Durch das Zusammenspiel des hohen Anpressdruckes des PCR-Gerätes sowie der Elastizität des vorgespannten Metalldeckels und der Silikoninnenbeschichtung wird für ausreichenden Dichtschluss und thermischen Transfer bei der PCR und Inkubationen gesorgt.

Das System besitzt eine variable Kapazität von 1 bis 96 Proben, ohne dass eine weitere manuelle Intervention nötig ist. Die Applikationssoftware übernimmt dabei die Steuerung aller zusätzlichen Hardwaremodule, führt den Nutzer mit einem Assistenten durch das Setup des Gerätes und zeigt in einem Reagenzienkalkulator die anzusetzenden Volumina der Mastermixe und deren Positionierung (Abb. 2b).

Library Synthese In der folgenden Beschreibung entfällt zur Vereinfachung die Plattenlogistik. In allen Fällen,in denen möglich, werden Plattenstapel und gedeckelte Platten als Sandwich transportiert. Der Prozess folgt im Wesentlichen den Schritten des TrueSeq RNA-Protokolls V2, wird ohne Pause durchlaufen, jedoch mit den entsprechenden Anpassungen von Pippettier- und Mischtechniken sowie einer geänderten Temperaturführung. Zusätzlich werden zwischen End Repair und Adapter-Ligation keine Magnetpartikel mehr getauscht, sondern jeweils nur die entsprechende Partikel – Pufferkomponente ersetzt. In der Regel dient 1,0 µg Gesamt-RNA als Ausgangsmaterial. Im ersten Schritt wird mRNA aus Gesamt-RNA in einem „Bind, Rebind“-Prozess mit Hilfe magnetischer Beads angereichert und fraktioniert. In der folgenden Erststrangsynthese werden die erzeugten RNA-Fragmente mit Random-Hexameren und reverser Transkriptase in einsträngige cDNA transkribiert. Im folgenden Schritt erfolgt der Abbau der RNA-Template, die Synthese des zweiten DNA Stranges und die Aufreinigung des DNA-Produktes. Die zu diesem Zeitpunkt noch mit Überhang versehenen Enden der DNA-Fragmente werden enzymatisch 3‘-5‘ abgebaut oder 5‘ aufgefüllt.

Das Produkt wird anschließend gereinigt. Im ATailing wird das Produkt 3‘ adenyliert und erneut gereinigt. Die Auswahl der anschließend in der Ligation verwendeten Indexprimer erfolgt durch die entsprechende konfigurierte Adapter-Platte.

In der anschließenden Reinigung und Größenselektion wird zum Erreichen des entsprechenden Größenfensters frisches Magnetpartikelmaterial eingesetzt. In der PCR-Reaktion wird das Adapterligierte Ausgangsmaterial amplifiziert und selektioniert. Die Anzahl der Zyklen ist bei Programmstart auszuwählen. Das Produkt wird erneut mit Hilfe von Magnetpartikeln gereinigt. Die Größenverteilung kann später auf einem Agilent DNA-1000-Chip analysiert werden. Bei dem hier beschriebenen Durchsatz findet ein Fragment Analyser (Adavanced Analytical) Verwendung. Für die Herstellung der entsprechenden Ladeplatten und die erforderliche Reformatierung steht ein X | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

09-10_LW-Spezial_01_2014_Zimmi_tg.indd 10

Abb. 1: Biomek FXp-Gesamtübersicht entsprechendes Script zur Verfügung. Die aus Qbit-Messungen gewonnenen DNA-Quantifizierungsdaten können über ein Excelformular in den Biomek FXp zurückgelesen werden und

dort zur Normalisierung eingesetzt werden.

Die beschriebene Methode wird seit einem Jahr erfolgreich in der Genomic Core Facility des EMBL Heidelberg eingesetzt.

A

B

Abb. 2: A . Initiales Decklayout für die Produktion von RNA-Seq-Bibliotheken. B. Beispielhafte Datenausgabe des Reagenzienkalkulators LABORWELT

22.01.2014 18:35:16 Uhr

Big Data in den Omics Bernhard Küster, Technische Universität München; Helen Cao, Qiagen GmbH, Hilden Datenlawinen aus dem Next-Generation-Sequencing, der Pathwayanalyse oder den Proteomics können nur Nutzen für die Arzneimittelentwicklung bringen, wenn sie mit klinischen Daten vernetzt und im Zusammenhang verstanden werden. Das Verknüpfen der Informationen in riesigen Datenbanken ist dabei eine erste technische Hürde, die es zu meistern gilt.

Prof. Dr. Bernhard Küster

Leiter des Lehrstuhls Proteomik und Bioanalytik an der Technischen Universität München

LABORWELT Wo liegt der Nutzen der größten Bank für Proteomics-Daten, ProteomicsDB? Küster Fortschritte in der modernen Grundlagenforschung in den Lebenswissenschaften wie auch deren Translation in klinische Anwendungen sind zunehmend von der Erzeugung molekularer Daten im großen Stil geprägt.

Der Genomik kommt hier derzeit eine Vorreiterrolle zu, jedoch entwickelt sich das Gebiet der Proteomforschung derzeit ebenso rapide, da die meisten biologischen Funktionen und Aktivitäten von Proteinen gesteuert werden und die Analyse beispielsweise menschlicher Proteome neue Erkenntnisse in der personalisierten Medizin verspricht. Die Massenspektrometrie ist die Basistechnologie der Proteomforschung und erlaubt die Identifizierung und Quantifizierung von tausenden Proteinen in einem Experiment. Unter Big Data versteht man in diesem Zusammenhang die Erfassung, Speicherung, Integration, Analyse und Visualierung großer Datenmengen, wie sie in proteomischen Experimenten entstehen. Mit ProteomicsDB haben wir in Zusammenarbeit mit der SAP AG eine frei online verfügbare Datenbank geschaffen, mit deren Hilfe einige der wichtigsten Informationen über verschiedenste menschliche Proteome – sei es aus Körperflüssigkeiten oder Krebszelllinien – in Echtzeit abgerufen werden können. Dies wird über den Einsatz der sogenannten „in-memory computing“Technologie ermöglicht. ProteomicsDB stellt dafür eine Infrastruktur bestehend aus 160 CPUs und 2 Terrabyte Hauptspeicher (RAM) zur Verfügung. Wir erwarten, dass sich das Datenaufkommen in der Proteomik in den nächsten Jahren vervielfachen wird und IT-Systeme wie ProteomicsDB daher zunehLABORWELT

mend an Bedeutung gewinnen werden, um aus biologischen Daten praktischen Nutzen ableiten zu können.

Helen Cao

Head of Global Market Management Academia Discovery Sciences bei Qiagen

LABORWELT Welche Aufgaben stellt der Fortschritt im NextGeneration-Sequencing an die Auswertung?

Cao Der Umgang mit rapide wachsenden Datenmengen aus dem Next-Generation-Sequencing (NGS) überfordert viele Labore. Zu geringe Kapazitäten bei der Analyse der Datenflut können aber zum Engpass werden und die Übertragung in die klinische Praxis bremsen. Abhilfe schaffen standardisierte Softwarepakete, die auf Knopfdruck Erkenntnisse aus „Big Data“ ziehen. Die Menge an Sequenzinformation wird 2015 ein Datenvolumen erreichen, das 1,5 Milliarden DVDs füllt. Gleichwohl arbeiten viele Anwender noch mit selbstentwickelten und nicht aufeinander abgestimmten Softwarelösungen. Auch die Interpretation der Daten gestaltet sich schwierig, da die Relevanz vieler Genvarianten nicht bekannt ist und laufend neue Erkenntnisse hinzukommen, die einen Abgleich erfordern. Daher gewinnen kommerzielle Lösungen, wie etwa von den Qiagen-Töchtern CLC bio und Ingenuity entwickelt, zunehmend an Popularität. Sie erlauben praktisch auf Knopfdruck das Zusammenführen der Rohdaten zu Sequenzinformationen und die Identifizierung von Genvarianten. Die CLCSoftware bietet mehr als 200 Analysewerkzeuge sowie eine Infrastruktur für Arbeitsgruppen und Unternehmen. Die Cloud-basierten Lösungen von Ingenuity helfen bei der schnellen und zuverlässigen Interpretation von Genvarianten, eine neue Applikation speziell für den Einsatz im klinischen Umfeld steht kurz vor Markteinführung. Auch Anwender ohne bioinformatische Expertise profitieren durch eine komfortable Auswertung von NGS-Daten.

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Automation Next Generation Sequencing

Automatisierte NGS-Probenvorbereitung Erin Ferguson, Svetlana Jasinovica,Dr. Michael Lodes, and Curtis Knox, Lucigen Corporation, Middleton, WI, USA; Dr. Claudia Allritz, Gilson International BV Deutschland, Limburg-Offheim Angesichts der zunehmenden Anzahl zu sequenzierender Proben bedarf es einer automatisierten Probenvorbereitung von DNA-Bibliotheken, die dem hohen Durchsatz von Next-GenerationSequencing (NGS)-Instrumenten gerecht wird. Um eine genaue Analyse der NGS-Technologien zu gewährleisten, ist eine effiziente und konsistente Präparation von DNA-Bibliotheken essentiell.

Der hier verwendete NxSeq® DNA-Kit (Lucigen) wurde entwickelt, um den Zeitaufwand der gesamten NGS-Probenvorbereitung zu reduzieren und um die Polyadenylierung sowie die nachgeschaltete Ligation der Fragmente an die Adapter zu verbessern. Ein optimierter Mastermix von Enzymen und Puffern ermöglicht die DNA-End-Reparatur und die Polyadenylierung von DNA-Fragmenten

in nur einem Reaktionsgefäß. Mehrfache Waschschritte während des Prozesses sind nicht notwendig.

Der von Gilson entwickelte PIPETMA X ist eine einfach zu bedienende Plattform mit intuitiver Software, die zur Automatisierung von manuellen Pipettierschritten dient und für eine Vielzahl von anwenderspezifischen Methoden entwickelt wurde. Der PIPETMAX

A 250

Overlaid Sheared Genomic DNA Sample

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Overlaid Library Samples

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10380

Size Distribution (FU) 160 140

Sheared Genomic DNA PIPETMAX Automated

kann gleichzeitig mit zwei Pipettierköpfen arbeiten, die einfach von Hand wechselbar sind. Je nach Anwendung können verschiedene Plattenformate ausgewählt werden.

Durch das bewegliche XYZ-System können auch gezielt 384-well-Platten angesteuert werden. Ein steriles Arbeiten ist durch den abnehmbaren Deckel unter einer Abzugshaube möglich.

Ergebnisse Die Daten zeigen eine korrekte Assemblierung der DNA-Bibliothek, deren Peak im Vergleich zur nicht ligierten, gescherten DNA 150 bp (±20) nach rechts verschoben beginnt (Abb.1 A). Bei einer ausbleibenden Ligation der Adapter an die Zielsequenz wären die Proben auf einer oder auf beiden Seiten der Peaks überlagert.

Im Vergleich zur manuellen Probenvorbereitung sind die Proben, die mit dem PIPETMAX pipettiert wurden, konsistenter und von größerer Ausbeute (Abb. 1B).

Damit die nachgeschaltete NGS-Amplifikation erfolgreich verläuft, ist eine effiziente Ligation der Adapter an die Zielsequenz wichtig. Die Ligationseffizienzen der manuellen Probenvorbereitung und der automatisierten Probenvorbereitung mit dem PIPETMAX sind vergleichbar.

Zusammenfassung 0

B

www.laborwelt.de

120 100 80

Die automatisierte NxSeq® Probenvorbereitung mit dem PIPETMAX®268 ermöglicht im Vergleich zur manuellen Probenvorbereitung eine einfache Präparation mehrerer Proben gleichzeitig mit minimalem Aufwand, erhöhter Ausbeute und konsistenteren Proben. Die Adapter-Ligationseffizienzen sind vergleichbar mit denen einer manuellen Probenvorbereitung, das heißt, die Gesamtqualität der NxSeq® DNA-Bibliotheken wird durch die Verwendung des PIPETMAX nicht beeinträchtigt.

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Manually Prepared

Kontakt:

40 20 0 35 50

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Abb. 1: A. V ergleich der gescherten genomischen DNA vs. der DNA-Bibliotheken hergestellt mit dem NxSeq® DNA-Präparations-Kit und FAM-markierten Adaptoren. Hellblau= gescherte gDNA. Dunkelblau, rot und grün= NxSeq FAM-markierte DNA-Bibliotheken. Alle DNA-Bibliotheken zeigen die erwartete Größenverlagerung, ein Indikator für die Ligation der Adapter an beide Enden des Zielfragmentes.

B. Vergleich von manueller Probenvorbereitung von NxSeq® DNA-Bibliotheken (hellblau, pink) und PIPETMAX® NxSeq® DNA-Bibliotheken (rot, grün) unter Benutzung von AMPure XP Beads im Verhältnis 0.8:0.2 zur Größenselektion.

XII | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

12-13_LW-Spezial_01_2014_Gilson_tg.indd 12

Dr. Claudia Allritz Gilson International BV Deutschland Hoenbergstr. 6 65555 Limburg-Offheim Tel: +49 6431 21215 0 Email: callritz@gilson.com MATERIAL UND METHODEN: www.gilson.com/ resources/automatednxseqsampleprep.pdf Einzelheiten zu den Ergebnissen sind zu finden unter: www.gilson.com/resources/automatednxseqsampleprep.pdf LABORWELT

23.01.2014 16:54:22 Uhr

AUTOMATED GENOTOXICITY TESTING

Methoden

Wissenschaftliche Durchbrüche des Jahres 2013

Schnelle Bestimmung von DNA-Strangbrüchen und DNA-Reparaturkapazität.

Der CETICS TOXXs Analyzer.

Bild: Broad Institute

Ende Dezember haben die Wissenschaftsmagazine Science und Nature Methods den „Durchbruch“ beziehungsweise die „Methode“ des Jahres 2013 vorgestellt. Science sieht interessanterweise die KrebsImmuntherapie ganz vorne – und das, obgleich Pharmaunternehmen klinische Fortschritte eher aus den Gebieten Antibody Drug Conjugates und gezielte Radiotherapie meldeten. Auf den Plätzen folgen die Stammzellforschung, Gewebezüchtung und Neurobiologie. Auch in der Werkzeugkiste der Molekularbiologen hat es wichtige Neuzugänge gegeben, die die biomedizinische Forschung in Zukunft stark beeinflussen werden. Nature Methods kürte die Einzelzell-Sequenziertechnik (Single cell sequencing) zur „Methode des Jahres 2013“.

Die wissenschaftliche Top-Entdeckung des Jahres 2013 ist für die Science-Redaktion eigentlich eine medizinische Behandlungsstrategie: die Immuntherapie von Krebs. Bei diesem biotechnologischen Ansatz wird erstmals nicht mehr direkt der Tumor mit chemischen Mitteln oder durch Strahlung angegriffen, sondern die Immunabwehr des Patienten soll so umgerüstet und angekurbelt werden, dass sie entartete Zellen erkennt und gezielt zerstört. Auch wenn bisher nur wenige Krebspati-

Abb. 1: Microfluidik-Chip für das Single-cell-sequencing enten von Immuntherapien profitierten: Gerade im vergangenen Jahr hätten gleich mehrere klinische Studien belegt, dass die umfunktionierte Immunabwehr Erfolge bringen und Leben retten könne, begründen die Science-Redakteure ihre Entscheidung.

Als weitere biomedizinische Durchbrüche listet Science auch die erstmalige Kultur menschlicher Mini-Hirne sowie von Leber- und NierenOrganoiden auf. Auch Reseach Tools landeten auf der Rangliste von Science: hochpräzise molekulare Scheren für die Genomforschung, die CRISPs.

Single Cell-Sequenzierung Wie Science listet auch die Fachzeitschrift Nature Methods traditionell die wichtigsten Methoden und Technologien des zurückliegenden Jahres auf. 2013 steht die Sequenzierung der Erbmoleküle einzelner Zellen (Single cell Sequencing) ganz oben auf dem Treppchen. Die EinzelzellSequenzierung werde immer robuster und zuverlässiger und werde zunehmend auch Laboren zugänglich, die nicht hochspezialisiert seien, so die Redakteure von Nature Methods. Die Entzifferungstechnik biete zum Beispiel einen Blick auf die Tumorheterogenität in bisher ungekannter Auflösung, 2013 markiere mit Blick auf mögliche Anwendungen einen Wendepunkt.

Der CETICS TOXXs Analyzer bestimmt DNA-Schädigungseffekte genotoxischer Stoffe in Säugetierzellen mit dem automatisierten FADU-Assay (‘Fluorimetric Detection of Alkaline DNA Unwinding’). Zusätzlich erlaubt der FADU-Assay die Bestimmung der individuellen DNA-Reparaturkapazitäten der Zellen. Durch die Messung beider Effekte kann das genotoxische Potenzial von Testsubstanzen zuverlässig bewertet werden.

Der automatisierte FADU-Assay ist der präziseste und am einfachsten zu handhabende Genotoxizitätstest.

Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen zu Lösungen, Dienstleistungen und Kooperationen.

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LABORWELT

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23.01.2014 16:56:11 Uhr

Serie Labormarkt im Umbruch (18)

General Electric: Evolution eines Riesen

General Electric Co. (2012): Umsatz: 147,4 Mrd. US-$ Gewinn (EBITDA): 22,9 Mrd. US-$ Umsatzrendite (nach Steuern): 9,2% Börsenwert: 268,92 Mrd. US-$ (17.1.2014) Mitarbeiter: 305.000 Vorstandsvorsitzender: Jeffrey R. Immelt

Dr. Martin Laqua, Redaktion LABORWELT

Märkte (2012)

Milliardenschwere Übernahmen sind gang und gäbe im Labormarkt. Grund genug, in dieser LABORWELT-Serie einen Blick auf die wichtigsten Akteure, ihre Strategien und Deals zu werfen.

General Electrics‘ (GE) Division „Gesundheit“ breitet sich seit Jahren auch im Labormarkt aus. Die Ursprünge dieser Abteilung des US-Konzerns aus Fairfield (Connecticut) liegen in der Herstellung von Röntgengeräten, Computer- und Kernspintomographen. Später kamen IT-Dienstleistungen und verschiedene technische Systeme für den Einsatz in Kliniken dazu. Einen markanten Einschnitt stellte 2004 die Übernahme von Amersham dar. Seitdem mischt GE auch auf dem Diagnostik- und Biopharmamarkt mit. Anfang 2014 nutzte GE die sich bietende Chance, das Produktportfolio in diesem Bereich zu vervollständigen. Thermo Fisher Scientific musste im Zuge der Fusion mit Life Technologies aus kartellrechtlichen Gründen unter anderem seine Zellkultursparte verkaufen. GE Healthcare sicherte sich das profitable Geschäft für einen Preis von 1,06 Mrd. US-Dollar.

Umsatz je Division (2012)

Am Anfang war das Licht. Als der Finanz- und Technikkonzern General Electric Co. 1892 gegründet wurde, gehörte der Erfinder der ersten kommerziell erfolgreichen Glühbirne, Thomas Edison, zu den Vätern. Zubehör für elektrisches Licht wurde damals hergestellt, bald kamen aber so unterschiedliche Produkte wie elektrische Lokomotiven und Tischventilatoren dazu.

Heute findet GE zunehmend mehr Gefallen an seiner Healthcare-Division. Die steuerte 2012 zwar nur ein Achtel – immerhin reichlich 18 Mrd. US-Dollar – zum Gesamtumsatz bei, doch Jeff Immelt, Vorstandsvorsitzender seit 2001, glaubt an steigende Umsatzrenditen und Gewinne in diesem Bereich. Erst vor wenigen Wochen ließ er verlautbaren, dass es hier für GE potentiell eine Menge guter Geschäfte abzuschließen gebe.

Ein Geschäft mit zwei Gewinnern

© Dako

Jetzt ist das erste davon in der Tüte: Thermo Fisher Scientific hatte im vergangenen November die Genehmigung der Europäischen Kommission für die Fusion mit dem US-Biotech-Unternehmen Life Technologies nur unter Auflagen bekommen. Eine zu dominante

XIV | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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USA: 47,8%, Europa: 18,6%, Pazifikregion: 16,6%, Nord- & Südamerika: 9%, Afrika & Nahost 8,1%

Marktstellung in den Segmenten ZellkulturMedien und -Seren, Gene-Silencing-Produkte und polymerbasierte magnetische Beads war den Wettbewerbshütern ein Dorn im Auge. Die in Großbritannien angesiedelte Gesundheitsdivision, GE Healthcare Ltd., nutzte die sich bietende Gelegenheit und erwarb Anfang 2014 für 1,06 Mrd. Dollar diese drei Geschäftsbereiche.

Die magnetischen Beads stärken GEs Stellung im Bereich Proteinanalytik und medizinische Diagnostik. Für die Gene-Silencing-Produkte – darunter auch eine Reihe von Patenten des RNAi-Pioniers Thomas Tuschl – sind hingegen keine Synergien offensichtlich. Kieran Murphy, Chef der GE Healthcare-Unterabteilung Life Sciences, sieht daher vor allem die Zellkultursparte als Schlüsselwert der Transaktion.

Er glaubt, dass vor allem GEs Kunden in der Biopharma-Produktion „sofort von zusätzlichen Komplettlösungen profitieren werden, die die Produktausbeute erhöhen und die Zeit bis zum Markteintritt des Produktes verringern helfen werden.“ Der für den überschaubaren Jahresumsatz von insgesamt 250 Mio. US-Dollar stolze Kaufpreis von mehr als 1 Mrd. US-Dollar erklärt sich durch eine Reihe von Interessenten, die sich

Finanzgeschäfte: 30,9%; Kraftwerke & Wasser 19%; Flug 13,4%; Gesundheit 12,3%; Öl & Gas 10,2%; andere 14,1%

gegenseitig überboten hatten. Für GE Healthcare war der Kauf jedoch auch eine strategische Entscheidung: Mit Thermos HyClone- Zellkulturmedien und -seren kann die HealthcareDivision ihren Kunden nun maßgeschneiderte Komplettlösungen für Anwendungen der Zellbiologie, Zelltherapie und BiopharmaProduktion anbieten. Nigel Darby, Vizepräsident BioProcess der GE Healthcare-Unterabteilung Life Sciences, schwebt zum Beispiel eine Plattform zur Herstellung monoklonaler Antikörper „von der Stange“ vor. Jetzt sei nämlich nicht nur das Know-how zu Bioprozesstechnik und Downstream-Aufreinigung, sondern auch das Wissen und die Möglichkeiten zur Herstellung von Spezialmedien vorhanden. Mit der PAA Laboratories GmbH aus Pasching/Linz (Österreich) hatte sich GE zwar bereits 2011 einen Medienund Serenspezialisten einverleibt, doch mit den HyClone-Produkten holt man sich nun weitaus mehr Renommee an Bord. Außerdem werde mit den beiden zusätzlichen Produktionsstandorten in den USA und Asien (Singapur) die globale und zeitnahe Verfügbarkeit der Produkte gewährleistet, so GE.

Life Sciences-Zentrale in Europa GE Healthcare ist die einzige Division bei General Electric, die ihren Sitz nicht in den USA hat. John Dineen leitet die Geschicke von Little Chalfont (UK) aus. Dort, in der Grafschaft Buckinghamshire, war die Heimat von Amersham plc.

2004 hatte GE Healthcare die britische Firma übernommen und betrat damit Neuland: Mit einem Schlag gehörten Bildgebungsreagenzien (Unterabteilung Medical Diagnostics, Little Chalfont) und Biopharma-Produktion als auch Bioprozesstechnik und Wirkstoffentdeckung (Unterabteilung Life Sciences, Uppsala, Schweden) zum Angebot des Technik-Riesen aus den USA. Dineen strich im Rahmen des ThermoDeals besonders letztere Sparte heraus: „Der Bereich Life Sciences ist einer unserer stärksten und am schnellsten wachsenden Sektoren.“ Mit 4 Mrd. US-Dollar Umsatz trägt Uppsala ein Fünftel des GE Healthcare-Umsatzes. Macht GE seine Ankündigungen wahr, dürfte die Life Sciences-Einheit in Zukunft noch für tüchtig Bewegung im Labormarkt sorgen.

LABORWELT

24.01.2014 12:34:47 Uhr

Bioprozess-Entwicklung Automation

Prozess-Scale-up für adhärente Zellkulturen Dr. Barney Zoro, TAP Biosystems/Sartorius Stedim Biotech, Royston, United Kingdom Hersteller von Impfstoffen haben großes Interesse daran, das Scale-up cGMP-konformer Herstellungsprozesse zu optimieren und zu beschleunigen. Die Gründe hierfür sind vielfältig: Der Bedarf der Schwellenländer an günstigen Impfstoffen zur Prophylaxe wächst, zudem werden neue Vakzine zur Therapie einer steigenden Anzahl von Krankheiten wie Krebs entwickelt.[1] Auch die Prävention saisonaler Grippe und drohender Pandemien erfordert verbesserte Methoden, um schnell ausreichende Mengen produzieren zu können.

Für die Herstellung vieler Vakzine sind Zellkulturen inzwischen das Mittel der Wahl. Denn sie bieten eindeutige Vorteile gegenüber der Ei-basierten Impfstoffproduktion, wie zum Beispiel kürzere Vorlaufzeiten und eine größere Prozessflexibilität.[2] Am häufigsten werden derzeit Vero-Zellen, Madin-Darby-Hundenierenzellen (MDCK), PER.C6- und Insektenzellen zur Impfstoffherstellung genutzt. Verschiedene dieser Zelllinien, wie etwa Vero- oder MDCK-Zellen, wachsen nur an einer Oberfläche angeheftet (adhärent) und lassen sich daher nur bedingt als Suspensionskultur in Bioreaktoren[3] kultivieren.

Sie werden daher derzeit in Rollerflaschensyste-

men vemehrt, die aber nur eine eingeschränkte Prozesskontrolle bieten.

Das Produktivitätsproblem kann durch Anheften (Adhäsion) der Zellen an ein dreidimensionales Substrat wie etwa einen Microcarrier überwunden werden, welches die Kultivierung der Zellen in Suspension ermöglicht. Derzeit besteht großes Interesse an der Herstellung und Entwicklung von Vakzinen mit Hilfe von an Microcarrier angehefteten Zellen. Aufgrund ihres guten Wachstums und einer besseren Prozesskontrolle in Bioreaktoren kann mit adhärenten Zellen die Herstellung von Impfstoffen mit hohen Titern oft innerhalb kürzerer

Zeit realisiert werden.[4,5,6] Hinzu kommt, dass Microcarrierprozesse als geeignet für die rentable Massenimpfstoffherstellung betrachtet werden – ein wichtiger Faktor, wenn es darum geht, den rasch wachsenden Impfstoffbedarf in bevölkerungsreichen Ländern wie etwa China und Indien zu decken.

Technisch ist die breitere Nutzung von Microcarrierkulturen in Bioreaktoren derzeit dadurch begrenzt, dass sich die Bedingungen im Bioreaktor, die zu optimalem Zellwachstum, Anheftung und Vakzinproduktion führen, nicht exakt nachstellen lassen. Spinnerflaschen und Benchtop-Bioreaktoren dienen momentan der Ermittlung der optimalen Medien-, Nähr- und Bioprozessbedingungen.[7] Sie sind jedoch ressourcen- und kostenintensiv. Auch die mögliche Anzahl parallel betriebener Benchtop-Bioreaktoren, ihre Abmessungen, Kosten und begrenzte Durchsatzkapazität setzen Impfstoffherstellern Grenzen. Typischerweise kann nur eine geringe Anzahl von Parametern in kleinen Gefäßen (2–10 l) ermittelt werden, was dazu führen kann, dass der finale Prozess-Scale-up suboptimal ausfällt und im Ergebnis Zelldichte und Impfstofftiter ungünstig beeinflusst. Könnte eine große Zahl an Parametern unter Bedingungen untersucht werden, die die Bedingungen im Bioreaktor realistisch repräsentieren, wäre eine Auswahl des optimalen Herstellungsprozesses nicht nur Monate früher möglich, es ließen sich zudem Herstellungskosten einsparen.

Aufreinigung war nie einfacher!

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■■ den Zugriff auf mehr als 130 Protokolle für die DNA-, RNA- und Proteinaufreinigung

■■ die automatische Prüfung auf neue Protokolle und Softwareupdates ■■ die Bereitstellung aller benötigten Usersupport-Dokumente Kontaktieren Sie uns oder besuchen Sie unsere Webseite: www.qiagen.com/qiacube-ipad.

Warenzeichen: QIAGEN®, QIAcube® (QIAGEN Gruppe); Apple®, iPad Air™ (Apple Inc.). Apple und iPad sind Warenzeichen von Apple Inc. und in den USA sowie weiteren Ländern registriert. iPad Air ist ein Warenzeichen von Apple Inc. Bitte beachten Sie mögliche Ausfuhrbestimmungen. QIAGEN und Apple Inc. sind nicht verbundene Unternehmen.

Aktuelle Lizenzinformationen und produktspezifische Anwendungseinschränkungen finden Sie im jeweiligen QIAGEN Kit- oder Geräte-Handbuch. Diese stehen unter www.qiagen.com zur Verfügung oder können vom QIAGEN Technischen Service oder dem für Sie zuständigen Außendienstmitarbeiter oder Distributor angefordert werden.

01/2014

© 2014 QIAGEN, alle Rechte vorbehalten.

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Automation Bioprozess-Entwicklung

Die Notwendigkeit viele verschiedene Parameter-Optimierungsversuche unter Benchtop-Bioreaktorbedingungen durchführen zu müssen, hat zur Entwicklung miniaturisierter Hochdurchsatz-Zellkulturtechniken geführt. Der Nachteil vieler dieser Verfahren ist, dass sie den Rühr- und Begasungsvorgang eines Bioreaktors nicht (angemessen) nachbilden. Bedingt durch die hohe Sedimentationsgeschwindigkeit der Microcarrier kann es zu Problemen bei ihrer gleichmäßigen Verteilung und beim Medienwechsel kommen.

Der vorliegende Beitrag diskutiert, wie eine gleichmäßige Microcarrierverteilung, eine gute Zellanheftung und ein gutes Wachstum mittels Microcarrier-basierter Zellkultur in einem automatisierten Mikrobioreaktorsystem erreicht werden können und dies zur Verbesserung der Prozessentwicklung für die Impfstoffherstellung mit adhärenten Zellen genutzt werden kann.

Abb. 1: Der Prozess der „Pipettenspitzensedimentierung“

Abb. 2: Konsistenz der Microcarriereinbringung in sechs ambr-Parallelgefäßen

sowie austauscht (in diesem Fall mit Hilfe des Pipettenautomaten).

Um nachzuweisen, dass das ambr-System Microcarrier gleichmäßig in mehrere ambr-Gefäße verteilt, wurde einer der ambr-Bioreaktoren an jedem Arbeitsplatz mit der Microcarrierstammsuspension Cytodex® (GE Healthcare) (40 g/l)

befüllt und mit einer Geschwindigkeit von 300 U/min gerührt. Mittels Arbeitsplatzrechner wurde eine Microcarrier-Abgabe in Mengen von 2 g/l,3 g/l, 4 g/l, 5 g/l und 6 g/l aus diesem Mikrostammbioreaktor an die anderen in der Kulturstation befindlichen Reaktoren programmiert. Die Verteilung wurde in sechs parallelen

Gerührte Mikrobioreaktoren

Technische Information

Aufgrund der Notwendigkeit den Rührvorgang im Bioreaktor nachzustellen, wurde das Mikrobioreaktorsystem ambr™ (Advanced MicroBioReactor System) von TAP Biosystems (heute Teil von Sartorius Stedim Biotech) entwickelt.

Dieses gerührte und begaste Mikroreaktorsystem ist inzwischen eine etablierte Technologie, um die Herstellung therapeutischer Antikörper durch Chinesische Hamster-Ovarienzell (CHO)Kulturen zu verbessern[8]. Der Fortschritt durch den Einsatz des ambr-Systems ist darauf zurückzuführen, dass es Benchtop-Bioreaktoren nachstellt sowie eine bessere Kontrolle der Kulturbedingungen und Kultivierungsleistung bietet als Schüttelkolben. Das System ist nachweislich ein ausgezeichnetes Instrument für die Hochdurchsatz-Prozessentwicklung[8].

Das ambr-Mikrobioreaktor-System

Microcarrier-Verteilung Für eine effektive potentielle Nachahmung der Vakzinherstellung mittels Microcarriern ist entscheidend, dass der ambr-Pipettierautomat den Medienaustausch ohne Unterbrechung des Rührvorgangs vollzieht. Dies wird mit einer speziell entwickelten automatisierten Methode zur „Pipettenspitzensedimentierung“ erreicht.

Dabei wird eine Microcarrierprobe aus dem ambr-Bioreaktor pipettiert und das Absetzen der Microcarrier bis zu drei Minuten abgewartet.

Die sedimentierten Microcarrier werden dann in den Bioreaktor gegeben und das verbrauchte Medium entsorgt (Abb. 1). Mit dieser Methode kann bei 24 ambr-Bioreaktoren in ungefähr vier Stunden zu jeder beliebigen Tages- und Nachtzeit ein 20%-iger Medienaustausch ohne jeglichen manuellen Eingriff erfolgen. Ebenso kann auch ein herkömmliches Verfahren genutzt werden, bei dem der Anwender den Rührvorgang stoppt, den Microcarrier sich absetzen lässt und anschließend die Medien entnimmt XVI | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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Das ambr-Mikrobioreaktor-System besteht aus drei Komponenten: Einweg-Bioreaktor (10-15 ml Arbeitsvolumen), Arbeitsplatz und Software. Es handelt sich stets um EinwegBioreaktoren, die – anders als konventionelle Glasgefäße – nach Gebrauch nicht gereinigt und sterilisiert werden müssen. Zur Wahrung der Sterilität befindet sich der ambr-Arbeitsplatz in einer biologischen Sicherheitswerkbank. Durch die automatische Liquid-Handhabung werden aseptisches Anlegen von Kulturen, Inokulation, Ernährung und Pipettenspitzensedimentierung sowie Probenahmen in Gefäßen wie 24/96 Well-Platten und ViCell-Behältern ermöglicht. Betriebsprotokolle können für eine individuelle Kontrolle von maximal 24 oder 48 parallel betriebenen Reaktoren konfiguriert werden. Jeder Bioreaktor enthält individuelle Messzellen für gelösten Sauerstoff (DO) oder pH-Sensoren für die Regelung dieser Parameter. Automatisierte pH-Regulierung erfolgt durch CO2-Begasung oder Alkalizugabe. Mit

O2 wird begast, wenn ein DO-Sollwert aufrechterhalten werden muss. Für die präzise Kulturkontrolle kann ein Analysemodell an die Workstation zur Atline-pH-Kalibrierung angeschlossen werden. Das System basiert auf einer Software, mit deren Hilfe der Anwender ein Protokoll mit den Schritten einrichtet, die vom ambr abzuarbeiten sind. Das Protokoll definiert Betriebsparameter wie DO-/pH-Sollwerte, Rührgeschwindigkeit und Temperatur.

Protokollzeiten und -daten können jederzeit beliebig bearbeitet werden, wenn Schritte hinzugefügt, geändert und gelöscht werden sollen – auch während der Versuche selbst.

Echtzeitdaten wie Gasflussraten, Volumen, pH-/DO-Werte werden während eines Laufs kontinuierlich gespeichert, externe Werte wie Zellzahl, Metaboliten und Impfstofftiter können ebenfalls in das Programm importiert werden. Daten lassen sich innerhalb der Software grafisch darstellen oder zur Ergebnisdarstellung in Diagramme oder Tabellen in Kalkulationsprogramme exportieren.

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SWITCHGmbH ambr-Bioreaktoren auf Konsistenz gemessen. Die Ergebnisse (Abb. 2) zeigten, dass das Gewicht der abgegebenen Microcarrier einem CV<1 % der programmierten Abgabemenge entspricht. Das legt nahe, dass das ambr-System Microcarrier aus zwei „Stamm“-Gefäßen verlässlich und konsistent in die anderen 22 Mikrobioreaktorgefäße eingebracht hat.

Zelladhäsion und -kultur Um die Fähigkeit des ambr-Systems zur Förderung von Zelladhäsion und -wachstum auf Microcarriern nachzuweisen, wurden Cytodex 1-Microcarrier und Vero-Zellen (ATCC® CL-160™) in ambr-Bioreaktoren eingebracht, so dass 2 g/l Microcarrier und 1,5x105 Zellen/ml in 6 ml Volumen zur Zellbildung zur Verfügung standen.

Es wurden Vero-Zellen gewählt, weil diese häufig als adhärente Zellen bei der Produktion prophylaktischer Impfstoffe zum Einsatz kommen.

Für die Kultivierung wurden die Bioreaktoren mit 15 ml befüllt und dann für 16 Stunden auf kontinuierliches oder zeitweises Rühren bei geringer Geschwindigkeit programmiert, um Zelladhäsion und -ausbreitung zu initiieren. Alle 24 Stunden wurden dabei Microcarrierproben entnommen und das Zellwachstum auf den Microcarriern mikroskopisch beobachtet.

Die Resultate zeigten, dass die Vero-Zellen eine gute Adhäsion bei kontinuierlichem oder zeitweisem Rühren erreichten, gut auf den Microcarriern wuchsen und am vierten Tag der Kultur Konfluenz erreichten (Abb. 3).

Die Studien belegen, dass durch die speziellen Rühreigenschaften und das automatisierte Pipettieren des ambr-Systems Microcarrier automatisch und gleichmäßig in den einzelnen Bioreaktoren verteilt werden können. Zudem können sich Zellen dabei gut anheften und wachsen. Das bedeutet, dass Anwender schnell bis zu 24 zellspezifische Kulturparameter parallel erfassen und gleichzeitig Rührgeschwindigkeit, Medienzusammensetzung oder Fütterungsstrategien berücksichtigen können, etwa um die optimalen Bedingungen für Zelladhäsion, Wachstumsrate und Impfstofftiter zu bestimmen.

Im Hinblick auf die Herstellung von Impfstoffen kann zusammenfassend festgestellt werden, dass die Mikrobioreaktor-Rühr- und Begasungstechnik eine gute Methode für eine optimale Prozessentwicklung für Zellwachstum auf Microcarriern sein kann. Der Aufbau und Betrieb von BenchtopLaborgefäßen und Spinnerflaschen erfordert viele manuelle Abläufe, während der ambr-Mikrobioreaktor praktischer und bequemer ist und wesentlich weniger Betriebszeit erfordert. Dies reduziert die Abhängigkeit von Spinnerflaschen und Benchtop-Bioreaktoren und macht die Prozessentwicklung zur Impfstoffherstellung schneller und effizienter. Auch die Möglichkeit eine weitaus höhere Anzahl von Parametern zu erfassen, trägt zu einer deutlich beschleunigten Prozessentwicklung bei. Der Einsatz des ambr-Systems kann überall dort einen Beitrag leisten, wo es entscheidend auf günstige Impfstoffe oder schnellstmögliche Reaktionen auf unerwartete Situationen ankommt, wie etwa im Falle einer Pandemie.

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Temperaturen QM- sicher überwachen und dokumentieren

Thermocontrol ist ein universelleinsetzbares, modular- aufgebautes EchtzeitTemperaturüberwachungs- und -alarmierungssystem mit riesigem Leistungsspektrum.

Es bietet höchste Sicherheit durch globale Messmöglichkeit und 24/7 Netzwerk- Technologie durch einfache Zugangsmöglichkeiten zum Systems via Internet- Explorer oder allen anderen Browsern, sowie allen Pads und mobilen Devices (Geräten).

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[3] [4] [5] [6] [7] [8]

Kresse H, Shah M. (2010).Nat Rev Drug Discov. 12:913-4.

Montomoli E, Khadang B, Piccirella S, Trombetta C, Mennitto E, Manini I, Stanzani V, Lapini G. (2012).

11(5):587-94 Genzel Y, Dietzsch C, Rapp E, Schwarzer J, Reichl U. (2010). Appl Microbiol Biotechnol. 88(2):461-75.

Rourou S, Riahi N, Majoul S, Trabelsi K, Kallel H. (2013) Appl. Biochem. Biotechnol. 170(7):1724-37.

Trabelsi K, Majoul S, Rourou S, Kallel H. (2012). Appl Microbiol Biotechnol. 93(3):1031-40.

Lohr V, Genzel Y, Behrendt I, Scharfenberg K, Reichl U. (2010) Vaccine. 31;28(38):6256-64.

Hundt B, Best C, Schlawin N, Kassner H, Genzel Y, Reichl U. (2007). Vaccine. 16;25(20):3987-95.

Hsu WT, Aulakh RP, Traul DL, Yuk IH. (2012) Cytotechnology 64, (6), 667-78

Kontakt Sartorius Stedim Biotech | TAP Biosystems York Way, Royston Hertfordshire, SG8 5WY UK Tel.: +44 (0) 1763 227200, Fax: +44 (0) 1763-227201 barney.zoro@tapbiosystems.com, www.tapbiosystems.com LABORWELT

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Thermocontrol überwacht und zeichnet den Temperaturverlauf von beliebig- vielen Geräten, auch an weit entfernten Orten auf. Alle

gesammelten Daten können weltweit abgerufen werden und es ist keine zusätzliche Spezialsoftware erforderlich alles im Thermocontrol- System enthalten.

Ob Kälte oder Wärme, in einem Temperaturbereich von -200°C bis +200°C arbeitet Thermocontrol absolut zuverlässig. Alle Daten werden kontinuierlich geloggt und in Echtzeit überwacht.

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Automation Analysentechnik

Durchbruch durch Neukombination Technologien, die mit übersichtlichem Aufwand kostengünstig den Zustand von Zellen erfassen können, sind derzeit rar. Einen neuen Weg geht die CETICS Healthcare Technologies GmbH in Esslingen. Durch Kombination von Bewährtem will sie Neues erreichen. Um Stoffwechsel- und Toxikologie-Signaturen zu erfassen, kombiniert das Unternehmen eine Liquid Handling-Plattform, die automatisierte IR-Spektroskopie durch dünne Schichten sowie Mustererkennungsalgorithmen und ermöglicht so etwa die Patientenstratifizierung ohne aufwendige Biomarkerentwicklung. Über die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten sprach LABORWELT mit Firmengründer Martin Winter.

LABORWELT In welchen Anwendungbereichen ist Cetics derzeit tätig?

Winter Derzeit liegt unser Schwerpunkt im Bereich Forschung & Entwicklung sowie Analytik. Damit ist noch nicht das regulierte Umfeld gemeint, in dem wir mit Partnern arbeiten, aber noch nicht am Markt sind. Im Bereich Laborautomation befassen wir uns mit Themen in der Toxikologie, mit der Bestimmung von Genotoxizitäten, der DNA-Reparaturkapazität von Zellen und mit der Charakterisierung von Zellkulturen, unter anderem anhand von Qualitätsparametern.

Das ist zum Beispiel wichtig beim High Content Screening (HCS), erfolgt aber heute größtenteils immer noch per visueller Inspektion der Zellen.

Bisher fehlen objektive Qualitätsparameter.

Dies führt zu einer großen Streubreite der Ergebnisse beim Screening. Wir wollen mit Hilfe der IR-Spektroskopie einzelne Metaboliten anschauen, die eine objektive Aussage über den Zustand der Zellen erlauben. Zudem wollen wir über die Mustererkennung spektraler

Signaturen Aufschluss über das Metabolom der Zellen und damit ihren Zustand erhalten.

Entsprechende spektrale Marker sollen eingesetzt werden, um besser reproduzierbare und präzisere Ergebnisse im High Content Screening zu ermöglichen.

LABORWELT Welche Geräte nutzen Sie zur Bestimmung der Genotoxizität beziehungsweise spektralen Qualitätsmarker?

Winter Für die Handhabung der Zellen nutzen wir unsere Liquid Handling-Plattform Toxxs Analyzer, mit der wir auch unter Reinraumbedingungen zellbasierte Genotoxizitätsassays durchführen können. Die IR-SpektroskopiePlattform heißt Speccs Analyzer und kann an die Liquid Handling-Plattform gekoppelt werden. Das heißt, die Probenaliqoute können direkt an den Speccs Analyzer weitergeleitet werden, um in schneller Folge Schnappschüsse von den Zellkulturüberständen machen zu können. Und aus jedem einzelnen Metabolom-

Schnappschuss errechnen wir dann die Markerund Einzelmetabolit-Konzentrationen.

LABORWELT: Weshalb diese Kopplung?

Winter Wir können dadurch eine umfassende Toxikologieuntersuchung anbieten: Angefangen bei reproduzierbaren Hochdurchsatz-Bestimmungen der Genotoxizität von Substanzen mit dem FADU-Assay auf dem Toxxs Analyzer bis hin zu weiterführenden ToxikologieUntersuchungen, für die wir die MetabolomDaten nutzen. Ein Einsatzbereich ist etwa die tierversuchsfreie Substanztestung im Rahmen der REACH-Verordnung. Die Veränderung der Konzentrationen bestimmter Metabolite nach Hinzufügen der Testsubstanz geben uns hierbei Hinweise auf die Art der vorliegenden Toxizität und – einfacher und wirtschaftlicher als im Tiermodell zu erfassen – über mögliche zugrundeliegende Toxizitätsmechanismen.

LABORWELT: Wo sehen Sie zukünftige Anwendungsbereiche für Ihre Technologie-Plattformen?

Winter Beide Plattformen sind sowohl in der personalisierten Medizin als auch in der In vitroDiagnostik einsetzbar. In der Strahlentherapie von Krebs ist zum Beispiel oft unklar, ob oder bei welcher optimalen Strahlungsdosis der Tumor auf die Behandlung anspricht. Wir können anhand individueller Tumorzellen bestimmen: Wie stark reagieren die Patientenzellen mit Doppelstrangbrüchen auf eine bestimmte Strahlendosis, und wie sehr werden gesunde Blutzellen des Patienten dabei geschädigt bzw. wie gut erholen sie sich durch DNA-Reparatur.

Anhand der Daten lässt sich also das optimale

www.bc-diagnostics.com

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Gruppen gemessen und charakteristische Unterschiede identifiziert. Diese Klassifizierung muss man für jeden Zusammenhang einzeln durchführen. Zu diesem Zwecke kooperiert Cetics mit pharmazeutischen Unternehmen. Die Patientenauswahl mit Hilfe von Spektren erspart die aufwendige Entwicklung von Biomarkern und braucht in der Durchführung nur Minuten. Notwendig ist lediglich die Auswertung der Muster in den Spektren mit Hilfe von statistischen Standardverfahren.

Life Sciences.

Live erforschen.

Berlin. Brandenburg.

LABORWELT: Im Grunde nutzen Sie Wohlbekanntes. Warum hat es das nicht bereits früher gegeben?

Dr. Martin Winter

Dr. Martin Winter ist Mitgründer der CETICS Healthcare Technologies GmbH und dort verantwortlich für den Bereich Marketing und Vertrieb. Zuvor gründete der promovierte Chemiker 2008 das Lab Automation Network in Tübingen, wo er als Berater für namhafte internationale Mandanten in den Bereichen Maschinenbau, Labortechnik und Software für die Laborautomation tätig ist. Unmittelbar nach seiner Doktorarbeit an der Universität Tübingen gründete Dr. Martin Winter 1998 die accelab GmbH, die er bis 2008 als Geschäftsführer leitete.

therapeutische Fenster für die Strahlendosis ermitteln. Dieses Thema werden wir in einem Kooperationsprojekt mit universitären Partnern untersuchen. Untersuchungen des Metaboloms anhand spektraler Blutmarker bieten große Chancen für die Patientenstratifizierung in der personalisierten Medizin.

Dabei gilt es, in der digitalisierten Blutprobe Muster zu erkennen, die ein Ansprechen auf einen Wirkstoff vorhersagen.

LABORWELT: Gibt es denn bereits Referenzwerte für den Vergleich der digitalisierten Blutprobe?

Winter Digitale Blutprobe heißt nichts anderes, als dass wir die Spektren im Blut messen, in elektronischem Format speichern und alle weiteren Auswertungen nur noch an dieser Datei vornehmen. Das heißt, in dieser Datei steckt die Information, die erforderlich ist, um bestimmte Metabolom-Informationen abzufragen, die heute nicht oder nur mit großem Zeit- und Kostenaufwand verfügbar sind. Die Auswertung eines Metabolomics-Schnappschusses mit multivariater Datenanalyse macht die Analyse von Körperflüssigeiten also ökonomischer. Um etwa Patienten, die auf ein Medikament ansprechen, von solchen zu unterscheiden, bei denen es nicht wirkt, werden Spektren von Patienten aus beiden

Winter Erst die geschickte Kombination einer genauen Aufnahmetechnik für die IR-Spektroskopie mit der multivariaten Datenanalyse ergibt den Mehrwert für die medizinische Anwendung, also zum Beispiel deutlich günstigere In-vitro-Diagnostika. Bisherige MetabolomicsTechniken erfordern meist eine Probenvorbereitung, aufwendige Messgeräte mit hohem Platzbedarf und teilweise Messzeiten von mehreren Stunden pro Probe. Die IR-Spektroskopie ist hier wesentlich praktischer, hatte aber bisher das Problem, dass Messungen nur hinreichend genau sind, wenn sie in homogener nativer Lösung erfolgen, was nur mit Hilfe von Transmissionsmessungen durch sehr dünne Schichten zu realisieren ist. Ist die Schichtdicke zu groß, absorbiert das Wasser die IR-Strahlung und man erhält kein Signal. Im SPECCs Analyzer wird eine patentierte Durchflussmesszelle vom Liquid-Handling-System seriell mit 100 µl Zellkulturüberstand bedient, gelangt von dort in einen Injektionsport und wird dann mit einer Fluidik durch die 7µm dünne Transmissionszelle gepumpt. Nach der Messung wird ein Spektrum des Lösungsmittels genommen und vom zuvor erfassten Spektrum abgezogen. Das nach zwei Minuten vorliegende Resultat ist ein vom Messgerät unabhängiges, normiertes Summenspektrum der gelösten Substanzen.

Die Spektren lassen sich vielfältig nutzen, für die In-Prozess-Konrolle bei Fermentationen, in der Diagnosik oder Toxikologie.

Ein lebendiges Netzwerk.

Berlin-Brandenburg ist einer der führenden Life-Sciences-Standorte Europas, Wissenschaftshochburg und Magnet für kluge Köpfe. Sie  nden attraktive Förderbedingungen, eine enge Verzahnung von Wirtschaft und Wissenschaft, die höchste Forschungsdichte Europas, eine dynamische Gründerszene sowie ein vielfältiges unternehmerisches Umfeld mit über 500 Pharma-, Biotechnologieund Medizintechnik rmen. Erforschen

LABORWELT: Wie wollen Sie Ihren Ansatz weiterentwickeln und wo liegen Ihre Zielmärkte?

auch Sie dieses ganz besondere Klima

Winter Wir wollen längerfristig die Geräteplattform, die derzeit so groß wie ein Bürodrucker ist, zu einem Handheld-Gerät miniaturisieren. Auch soll an der Parallelisierung des Systems gearbeitet werden. Aktuell sehen wir Marktchancen in Toxikologiebestimmungen im Rahmen von REACH, in der pharmazeutischen Industrie und in der Zellcharakterisierung. Erste GMPgerechte Geräte werden wir im vierten Quartal dieses Jahres anbieten können.

24. Internationale Leitmesse für

für Wissenschaftler und Unternehmen.

Treffen Sie uns auf der analytica 2014!

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LABORWELT

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23.01.2014 16:58:27 Uhr

Service Verbände

DGKL

LABORWELT-Partner Dt. Ver. Gesell. f.

Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin e.V. (DGKL)

Neue Kongressstruktur bei DGKL und DVTA

www.dgkl.de

Deutsche Gesellschaft für Proteomforschung www.dgpf.org BIO Deutschland www.biodeutschland.org Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM)

www.dghm.org

bts (Biotechnologische Studenteninitiative e.V.) www.bts-ev.de Gesellschaft für Genetik

GENE

K TI

ELLSC S

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AFT FÜ H

GE

www.gfgenetik.de Gesellschaft für Signaltransduktion www.sigtrans.de Gesellschaft für Pharmakologie und Toxikologie

www.dgpt-online.de

Nationales Genomforschungsnetz www.ngfn.de Deutsche Gesellschaft für Neurogenetik www.hih-tuebingen.de/dgng/ Netzwerk Nutrigenomik www.nutrigenomik.de DiagnostikNet-BB www.diagnostiknet-bb.de Verband der Diagnostica-Industrie e.V. www.vdgh.de Österreichische Reinraumgesellschaft (ÖRRG) Österreichische Ges. f. Laboratoriumsmedizin & Klinische Chemie

XX | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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www.oerrg.at

www.oeglmkc.at

Die Deutsche Vereinte Gesellschaft für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (DGKL) und der Dachverband für Technologen und Analytiker in der Medizin Deutschland (DVTA) sind gemeinsam für die Organisation und Veranstaltung des diesjährigen „Deutschen Kongresses der Laboratoriumsmedizin“ verantwortlich. Unter der neu geschaffenen Dachmarke finden sich die 11. Jahrestagung der DGKL sowie die Fachtagung des DVTA wieder.

Veranstaltungsort des Kongresses, der vom 24. bis 27. September 2014 stattfindet, ist das Kongresszentrum Rosengarten in Mannheim.  Ziel des neu gewählten DGKL-Präsidenten und Tagungspräsidenten des Kongresses, Professor Dr. Michael Neumaier, ist es, die im Labor Handelnden in einem einzigen Kongress zusammenzuführen, der zugleich die spezifischen Aspekte der Berufsgruppen berücksichtigt. In den breit angelegten wissenschaftlichen Veranstaltungen wer-

den neben dem hohen wissenschaftlichen Niveau der Jahrestagung der DGKL Aspekte der medizinisch-diagnostischen Routine und der innovativen Diagnostik thematisiert. In spezifischem Bezug auf die Beteiligung der Medizinisch-Technischen Assistenten (MTA) sind auch analytische Methoden, die Testentwicklung, Richtlinien und die Qualitätssicherung wichtige Themengebiete. Hinzu kommen eine Reihe von Fortbildungsveranstaltungen, eine große Industrieausstellung, eine Jobbörse sowie Praxiskurse zu speziellen Themen der laboratoriumsmedizinischen Diagnostik.

Durch seine große Bandbreite und den hohen wissenschaftlichen Anspruch ist dieser neue Kongress, der unter dem Titel „Moderne Labormedizin in der sich wandelnden Gesellschaft“ firmiert, sicherlich auch für andere medizinische Fachdisziplinen interessant.

Weitere Information unter www.labormedizin2014.de

DGHM

DiagnostikNet-BB e.V.

Infektionen im Fokus

Restplätze für größte IVD-Messe

Vom 5. bis 8. Oktober 2014 findet in Dresden „Microbiology and Infection“, die 4. Gemeinsame Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) e. V. zusammen mit der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) e. V. statt. Unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Dr. med. Volkhard Kempf (Tagungspräsident DGHM), Institut für Medizinische Mikrobiologie und Krankenhaushygiene am Klinikum der Universität Frankfurt/Main und Prof. Dr. Gerold Barth, Institut für Mikrobiologie der Technischen Universität Dresden (Tagungspräsident VAAM) tauschen 1.000 Experten neueste Ergebnisse zur Erkennung, Verhütung und zur Therapie von Infektionserkrankungen aus.

Neben der Frage „Lebensmittel- und Krankenhaushygiene – quo vadis?“ werden in den Hauptsymposien auch „Metabolismus und Transport“, „Mikrobiom in Medizin und Natur“, „Hypoxie und Anaerobiose“, „Mikrobielle Biotechnologie“, „Mikrobielle Stressantwort“ und „Bakterielle Pathogenität“ diskutiert.

Darüber hinaus werden praxisorientierte Workshops angeboten, in denen sich niedergelassene Ärzte und Technische Assistenten zu speziellen Themen aus dem diagnostischen Bereich fortbilden können.

Die Clinical Lab Expo der American Association for Clinical Chemistry ist mit ca. 700 Ausstellerfirmen die weltgrößte Industriemesse der In-vitroDiagnostik (IvD). Keine andere Ausstellung bringt Labor-Profis, Diagnostik-Händler und -Hersteller so konzentriert zusammen – Kleinunternehmen, Mittelständler und Großunternehmen aus der klinischen Chemie, molekularen Diagnostik, Geräteerstellung, des Labor-Managements und anderen IvD-Bereichen präsentieren hier ihre Innovationen. Die Messe zieht rund 25.000 Besucher aus mehr als 100 Ländern an – neben den USA vor allem aus China, Japan, Kanada, Südamerika und Europa. Ein hochwertiges wissenschaftliches Programm mit Vorträgen, Plenarsitzungen und Symposien sorgt für qualifizierte Besucher, meist aus dem Einkauf. Interessant dabei: Ca. 70% der Teilnehmer besuchen keine andere Messe. Daher bietet die Clinical Lab Expo auch für MEDICAAussteller eine erfolgversprechende Plattform.

Für Chicago 2014 sind bereits alle Stände in guter Lage ausgebucht. Das DiagnostikNet-BB stellt erneut mit einem Gemeinschaftsstand aus und bietet interessierten Firmen Restfläche ab 313 Euro/qm. Der Stand hat sich seit der ersten Teilnahme im Jahr 2012 von 27 auf 81 qm vergrößert und damit auch die Ausstellerzahl.

Neben der Attraktivität der Messe spielen die vielfältigen Serviceleistungen des Netzwerks eine wichtige Rolle: Wir kümmern uns um alle organisatorischen Belange im Vorfeld und vor Ort. Info: kopacek@mail.diagnostiknet-bb.de

Weitere Informationen unter www.dghm-vaam-kongress.de.

LABORWELT

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Probenvorbereitung Automation

Nukleinsäure-Extraktion – vollautomatisiert Salim Essakali, Thomas Kretschmann, QIAGEN GmbH, Hilden Reproduzierbare Qualität, Flexibilität sowie schnelle und einfache Handhabung spielen eine immer größere Rolle bei der Extraktion von Nukleinsäuren. Automation hilft hier, den wachsenden Qualitätsansprüchen gerechtzuwerden.

Viel Zeit ist vergangen seit der Entdeckung der DNA und der Identifizierung der molekularen Struktur durch Watson und Crick im Jahr 1953.

Seitdem wurden unzählige Analysetechniken entwickelt und teils in der Routine etabliert, um die DNA zu entschlüsseln und zu verstehen – von Elektrophorese-Techniken, über Klonierung, Sanger-Sequenzierung, PCR, bis hin zu Microarrays und neuartigen Sequenzierungsverfahren.

Da alle diese Analysetechnologien auf extrahierten Nukleinsäuren als Ausgangsmaterial aufbauen, haben sich bestimmte Hauptanforderungen an die Extraktionstechnologie herauskristallisiert. Diese Anforderungen sind immer wichtiger geworden und lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: l Einerseits wird die reproduzierbare Qualität der extrahierten Nukleinsäuren immer wichtiger, um eine bestmögliche Leistungsfähigkeit der nachfolgenden Technologien zu gewährleisten.

l Gleichzeitig aber soll die Zeit, die hochqualifizierte Wissenschaftler für die NukleinsäureExtraktion aufwenden müssen, auf ein Minimum reduziert werden, um sich auf Analysetechnologien, und vor allem deren Implikationen, fokussieren zu können. l Ferner sollte die Nukleinsäure-Extraktion mit verschiedenen Probenmaterialien und wechselnden Probenanzahlen fertig werden, ohne dabei zu viel Platz und Budget zu erfordern.

QIAcube® – optimierte Technologie l Als einziger Laborroboter seiner Art wurde der QIAcube (mehr Informationen: www.

QIAGEN.com/qiacube-ipad) gleichsam um die Goldstandard-Technologie der Nukleinsäure-Extraktion, die Spin-SäulenTechnologie, herum entwickelt. Diese Technologie hat bereits mehr als 1 Milliarde

Abb 1: Applikationsdaten, um die Reproduzierbarkeit der Extraktion zwischen der manuellen und automatisierten Prozedur zwischen verschiedenen Bedienern (A–C) und Produktionschargen (1 -2) an einem Beispiel zu veranschaulichen (ähnliche Applikationsdaten sind für alle mehr als 100 Anwendungen einsehbar, vgl.: www.qiagen.com/qiacube-ipad). Blutproben von verschiedenen Spendern wurden gemischt und aliquotiert. Jedes Aliquot wurde daraufhin parallel sowohl automatisiert als auch manuell prozessiert. Relative Transkriptionsintensitäten von FOS wurden über Echtzeit Duplex RT-PCR und nach der ∆∆CT-Methode ermittelt, wobei 18S-rRNA als interner Standard diente. ∆∆CT-Werte zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit zwischen manuellem und automatisiertem Prozedere, unabhängig von Bediener und Produktionschargen..

LABORWELT

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Extraktionen und hunderttausende von Publikationen ermöglicht. Der Roboter ist mit allem ausgestattet, was für die Automatisierung der manuellen Vorgehensweise der Spin-Säulen-Technologie nötig ist. Hierbei werden keinerlei Änderungen an der SpinSäulen-Technologie vorgenommen – weder seitens der Chemie, noch auf der Seite der etablierten manuellen Protokolle. Somit wird die gewohnte Leistung der Goldstandard-Spin-Säulen-Technologie sichergestellt (siehe Abb. 1). Zusätzlich werden durch die Automatisierung die Risiken, die mit dem Abarbeiten von repetitiven manuellen Prozeduren verbunden sind, eliminiert und eine größtmögliche Standardisierung gewährleistet (siehe Abb. 1). l Gleichzeitig wird die manuelle Interaktionszeit, die ein Wissenschaftler sonst auf die Nukleinsäure-Extraktion verwenden muss, im Durchschnitt um rund 80% reduziert. l Seit der Markteinführung wurde das Applikationsportfolio stetig vergrößert und umfasst mittlerweile ein Repertoire von über 130 Standardprotokollen, welche einfach über das Internet heruntergeladen und installiert werden können. Sie erlauben die Extraktion von DNA, RNA, miRNA, viralen Nukleinsäuren und sogar die Extraktion von Proteinen und vielem mehr aus einer Vielzahl verschiedener Probenmaterialen. Die Anzahl der gleichzeitig zu bearbeitenden Proben kann dabei von 1 bis 12 variiert werden. Ein Protokoll benötigt im Durchschnitt weniger als eine Stunde, wodurch bis zu 96 verschiedene Proben pro Tag flexibel abgearbeitet werden können. Der QIAcube fasst praktisch alles, was ein molekular-biologisches Labor zum Abarbeiten von Spin-Säulen-Extraktion benötigt, voll automatisiert auf nur einem Quadratmeter zusammen: eine selbstpositionierende Zentrifuge (auch als unabhängige Zentrifuge nutzbar), ein Pipettiersystem, einen beheizbaren Schüttler (auch als unabhängiger Schüttler nutzbar), einen robotischen Greifarm, sicherheitstechnische Sensoren und alle benötigten Stellplätze für Puffer und Pipettenspitzen.

15. Jahrgang | Nr. 1/2014 | XXI

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Ausblick

Vorschau Heft 2/2014

Diagnostik

Clevere Linse misst Blutzucker an eine Smartphone-App übermittelt. Vor allem für Typ-1-Diabetiker könnten solche Sensoren in Zukunft eine Erleichterung darstellen. Eine nicht-invasive Blutzucker-Messung wäre im Vergleich zur Blutentnahme aus Fingerkuppen schmerzfrei, argumentiert Google.

© Google Inc.

 Googles Ideenschmiede X Labs hat Mitte Januar eine High-Tech-Kontaktlinse vorgestellt, die den Blutzuckerspiegel messen kann. Der Prototyp besteht aus zwei weichen Linsen. Dazwischen befinden sich der Mini-TraubenzuckerSensor und eine kleine Funkeinheit. Die Antenne ist dabei dünner als ein menschliches Haar. „Wir sind immer noch in der Frühphase“, so die Projektgründer Brian Otis und Babak Parviz, „aber wir haben schon einige klinische Tests durchgeführt, die uns helfen, die Technologie zu verfeinern.“ Die in der Tränenflüssigkeit gemessene Glukosekonzentration wird jede Sekunde

Themen

Fokus Analytica

Künstliche Befruchtung

DNA-Test deckt Sperma-Lüge auf  Schock nach DNA-Test: Die Tochter ist ein Kuckuckskind! In einem US-Labor wurde das Sperma bei der künstlichen Befruchtung absichtlich vertauscht.

Auf die Universität Utah kommt jede Menge Arbeit zu – und auf die betroffenen Eltern eine Phase der Ungewissheit. In einer Stellungnahme Anfang Januar versprach die US-Uni allen Paaren einen kostenlosen Vaterschaftstest, die zwischen 1988 und 1993 eine künstliche Befruchtung an ihrer Klinik haben durchführen lassen. In diesem Zeitraum geborene Kinder haben womöglich einen anderen biologischen Vater als den, der ihnen in den 90ern die Windel gewechselt und sie zur Schule gebracht hat. Damals hatte ein Angestellter der Firma Reproductive Medical Technologies Inc. in zumindest einem nachgewiesenen Fall das Sperma des Spenders mit seinem eigenen vertauscht. Die private Firma

wurde von der Universität mit der Probenvorbereitung und Sperma-Analyse betraut. Die Rekonstruktion des Falles ist kompliziert, da es die Firma (und deren Aufzeichnungen) nicht mehr gibt. Auch der Angestellte kann nicht befragt werden: Der ist 1999 mit nur 49 Jahren verstorben, war Alkoholiker und galt laut Polizei als gewaltbereit. In den 70er Jahren hatte er gar eine Studentin für drei Wochen gekidnappt.

Noch ist nicht klar, ob der Sperma-Tausch einmalig war oder ob der Verdächtige systematisch vorgegangen ist. Die Witwe Lipperts befeuerte die Ängste der aufgeschreckten Eltern mit der Aussage, dass Lippert „ein paar mehr Proben ausgetauscht haben könnte.“ Ans Licht kam der Skandal, als die Mutter des Kuckuckskindes einen DNA-Test der Firma 23andme bestellte.

Eigentlich wollte sie nur etwas Stammbaumforschung betreiben.

Aus der laborwelt.de-Galerie

Wodka unterm Mikroskop

XXII | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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Impressum LABORWELT (ISSN 1611-0854) erscheint 5-mal im Jahr im Verlag der BIOCOM AG Lützowstraße 33–36 10785 Berlin, Germany Tel./Fax: 030/264921-0 / 030/264921-11 laborwelt@biocom.de www.biocom.de

© bevshots.com

Auf den ersten Blick sieht es aus wie psychedelische Kunst. Doch hinter den farbenfrohen Kreisen auf Leinwand verbirgt sich ein Drink: Wodka Tonic. Auch Cola, Tequila und Martini geben wunderschöne Motive unterm Mikroskop ab, wie die Website bevshots.com zeigt.

Hier können die mikroskopischen Aufnahmen von mehr als 60 verschiedenen Drinks bestellt werden. US-Forscher Michael Davidson von der Florida State University ließ sie dafür auf Objektträgern kristallisieren. Diese legte er dann unter ein mit einer Kamera verbundenes Lichtmikroskop. Die geschossenen Motive kann man sich auf Leinwand drucken lassen und an die Wand hängen. Im Wohnzimmer etwas Gin. In der Küche einen Champagner.

Und fürs Schlafzimmer? Bier!

Das kommende LABORWELT-Spezial 2/2014 beschäftigt sich anlässlich der Fachmesse Analytica mit den aktuellsten Entwicklungen und Förderinitiativen im Markt für Laborausrüstung und -verbrauchsmaterialien. Neben klassischen Themen der Diagnostik und Bioanalytik – von der molekularen Analyse bis hin zu Sequencing und modernen Omics-Techniken, ist geplant, auch die anderen Messe-Schwerpunkte abzubilden, etwa den Bereich Labortechnik, Anlagenbau und Prozessführung oder das Thema Bioökonomie. Zudem werden Dienstleistungen im Biotech-Bereich, von der Auftragsforschung bis zur klinischen Studie, vorgestellt. Redaktionskontakt: b.kaltwasser@biocom.de

Redaktion Dipl.-Biol. Thomas Gabrielczyk Tel.: 030/264921-50 Namentlich gekennzeichnete Beiträge stehen in der inhaltlichen Verantwortung der Autoren. Alle Beiträge sind urheberrechtlich geschützt. Sie dürfen ohne schriftliche Genehmigung des BIOCOM Verlages nicht reproduziert oder verbreitet werden.

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