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LABORWELT

Nr. 1 / 2014 – 15. Jahrgang

Automation in

den Life Sciences

Aktuell im Internet:

www.laborwelt.de


Friends for Life

Die Eppendorf epMotion ® Familie: Entdecken Sie die neue Vielfalt

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Eppendorf ® , the Eppendorf logo, ThermoMixer ® and epMotion ® are registered trademarks of Eppendorf AG, Hamburg, Germany.

All rights reserved, including graphics and images. Copyright© 2014 by Eppendorf AG.


Intro Automation

Intelligente Automation

dringend gesucht

Thomas Gabrielczyk, BIOCOM AG, Berlin

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 Biopharma-

Branche 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.

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

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

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

Bild: Cetics

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


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.

IV | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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)

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

Allegro TM 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 Prozess entwicklung 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 Stickstoff 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

Reaktorbedingungen und beschleunig t

das Optimieren von Prozessparametern.

Die Ergebnisse lassen sich problemlos auf

LABORWELT


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

Flexibles 1- bis 384-kanaliges

Pipettieren

• CyBi ® -FeliX

» Kompakte Liquid

Handling-Plattform

auf einer Stellfläche

von nur 650 x 450 mm

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 assay spezifischen Reagenzien

reduzieren und die erforderliche Probenmenge senken.

Im Gegensatz zu ELISA oder HPLC lässt sich die Quantifizierung mittels

Pall ForteBio Octet®- oder BLItz TM -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 produktiv sten Klone in gängigen Expressionssystemen

eröffnet.

Fazit

Moderne BLI-Systeme, die ohne serviceintensive Mikrofluidik-Komponenten

auskommen, werden allen Anforderungen an Genauigkeit,

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» Höchste Präzision im

Volumenbereich von

0.5 µl bis 1000 µl

• Für Ihre Applikation

» Probenvorbereitung

für NGS * und PCR

» Zelluläre Assays

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in Zeile und Spalte

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Reformatierung

von Mikroplatten

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info@cybio-ag.com

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* Next Generation Sequencing

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Laborautomation Prozessentwicklung

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-Read TM -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).

Pall Life Sciences

BioPharmaceuticals

Philipp-Reis-Straße 6

63303 Dreieich

www.pall.com/biopharm

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 Hochdurchsatz-

Benchtop-Sequencer den viel breiteren Forschungsmarkt

an. Neuerungen, wie die Ver-

VI | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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

NAT U R E zur „Methode des Jahres 2013“ gekürt –

übersichtlich. Im vierten Quartal 2013 lagen sie

bei 387 Mio. US-$.

Umstrukturierung zielt auf Diagnostik

Neu: Benchtop-System Illumina NextSeq500

Einige Tage später stellte Illumina dann seine

Strategie vor, um dem Next-Generation-

Sequencing 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 Reproductive

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


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

LABORWELT

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 Zusammenspiel

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.

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 Strang information 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.

mina werden die im Illumina-Kit vorhandenen

Reagenzien in 1,5- oder 2,0 mL-Eppendorf

SafeLock Tubes vorgelegt und durch Einkanal-

Pipettierwerkzeuge 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

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

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 Gesamt-

RNA 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 % dimers

1 UHR 1 µg 75.872.102 0 75,87% 69,98% 0,29% 98,90% 0,27% 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% 0,26% 99,29% 0,06% 0,00%

17 UHR 100ng 51.380.550 0 90,47% 85,44% 0,13% 99,24% 0,08% 0,00%

18 UHR 100ng 63.489.884 0 92,42% 86,97% 0,12% 99,28% 0,07% 0,00%

19 UHR 100ng 54.920.672 19 92,78% 86,63% 0,11% 99,32% 0,07% 0,00%

20 UHR 100ng 58.055.836 0 91,12% 81,67% 5,17% 99,35% 0,28% 0,00%

21 UHR 1 µg 69.967.042 0 91,75% 86,12% 0,09% 99,34% 0,11% 0,00%

22 UHR 1 µg 72.043.934 0 90,98% 85,44% 0,11% 99,34% 0,12% 0,00%

23 UHR 1 µg 64.787.894 0 92,59% 85,58% 0,90% 99,37% 0,18% 0,00%

24 UHR 1 µg 63.943.398 0 92,19% 86,04% 0,12% 99,37% 0,13% 0,00%

VIII | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

LABORWELT


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

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 evaporationskon trollierte 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

manuelles 96-Kanal Pipettiersystem

moderner Pipettier-Roboter

flexibler Automated Liquid Handler

EINFACH I SCHNELL

PREISWERT I KOMPAKT

qPCR

MODULAR I ERWEITERBAR

PCR

ELISA

KINASE ASSAYS

CELL BASED

ASSAYS

NGS

LIBRARY

PREPARATION

PROTEIN

ASSAYS

CUSTOM LH

ENZYMATIC

REACTIONS

TRANSFER VON 96 AUF 384,

MUTTER/TOCHTERPLATTEN

PCR, QPCR,

ZELLBASIERTE ASSAYS

CHERRY PICKING,

VITAMIN ANALYSE

®

Halle A3 - Stand 309

Beratung + Infos:

www.gilson.com/germany


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 A-

Tailing 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

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

A

B

dort zur Normalisierung eingesetzt werden.

Die beschriebene Methode wird seit einem Jahr

erfolgreich in der Genomic Core Facility des EMBL

Heidelberg eingesetzt.

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

Datenausgabe des Reagenzienkalkulators

LABORWELT


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.

Connecting Global Competence

Willkommen

in Ihrem

Erfolgslabor.

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 zuneh-

LABORWELT

Prof. Dr.

Bernhard Küster

Leiter des Lehrstuhls

Proteomik und Bioanalytik

an der Technischen

Universität

München

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 Next-

Generation-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 CLC-

Software 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.

Instrumentelle Analytik l Labortechnik

Biotechnologie l analytica Conference

Internationale Spitze

in den Bereichen

Analytik, Labortechnik

und Biotechnologie.

1.–4. April 2014

Messe München

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Live Labs, unter anderem zum Thema

Lebensmittel- und Kunststoffanalytik

sowie Gen- und Bioanalytik.

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und -sicherheit.

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dabei, wenn die wissenschaftliche Top-Elite

in den Dialog tritt.

24. Internationale Leitmesse für Labortechnik,

Analytik, Biotechnologie und analytica Conference


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-Generation-

Sequencing (NGS)-Instrumenten gerecht wird. Um eine genaue Analyse der NGS-Technologien zu

gewährleisten, ist eine effiziente und konsistente Präparation von DNA-Bibliotheken essentiell.

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

www.laborwelt.de

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

A

Overlaid Sheared

Genomic DNA Sample

Overlaid Library Samples

250

200

150

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

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.

B

Lower Marker

Upper Marker

Size Distribution

Sheared Genomic DNA

PIPETMAX Automated

100

50

0

(FU)

160

140

120

100

80

35 100 150 200 300 400 500 600 1000 2000 10380

Zusammenfassung

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.

Manually Prepared

Abb. 1: A. Vergleich 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

60

40

20

0

35 50 100 150 200 300 400 500 600 700 1000 2000 10380

Kontakt:

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


Methoden

Wissenschaftliche

Durchbrüche des Jahres 2013

Ende Dezember haben die Wissenschaftsmagazine Sc i e n c e und Nat

u r e Me t h o d s den „Durchbruch“ beziehungsweise die „Methode“ des

Jahres 2013 vorgestellt. Sc i e n c e sieht interessanterweise die Krebs-

Immuntherapie 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. Nat u r e Me t h o d s kürte die Einzelzell-Sequenziertechnik (Single

cell sequencing) zur „Methode des Jahres 2013“.

Die wissenschaftliche Top-Entdeckung des Jahres 2013 ist für die

Sc i e n c e-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-

AUTOMATED

GENOTOXICITY

TESTING

Schnelle Bestimmung

von DNA-Strangbrüchen

und DNA-Reparaturkapazität.

Der CETICS TOXXs Analyzer.

Bild: Broad Institute

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

Sc i e n c e-Redakteure ihre Entscheidung.

Als weitere biomedizinische Durchbrüche listet Sc i en c e auch die erstmalige

Kultur menschlicher Mini-Hirne sowie von Leber- und Nieren-

Organoiden auf. Auch Reseach Tools landeten auf der Rangliste von Sc i en c e:

hochpräzise molekulare Scheren für die Genomforschung, die CRISPs.

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.

Single Cell-Sequenzierung

Wie Sc i e n c e listet auch die Fachzeitschrift Nat u r e Me t h o d s 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 Einzelzell-

Sequenzierung werde immer robuster und zuverlässiger und werde

zunehmend auch Laboren zugänglich, die nicht hochspezialisiert seien,

so die Redakteure von Nat u r e Me t h o d s . Die Entzifferungstechnik biete

zum Beispiel einen Blick auf die Tumorheterogenität in bisher ungekannter

Auflösung, 2013 markiere mit Blick auf mögliche Anwendungen

einen Wendepunkt.

LABORWELT

Kontaktieren Sie uns

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Dienstleistungen und Kooperationen.

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Healthcare Technologies GmbH

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Serie Labormarkt im Umbruch (18)

General Electric:

Evolution eines Riesen

Dr. Martin Laqua, Redaktion LABORWELT

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.

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

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

© Dako

XIV | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

Marktstellung in den Segmenten Zellkultur-

Medien 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

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

Märkte (2012)

USA: 47,8%, Europa: 18,6%, Pazifikregion: 16,6%,

Nord- & Südamerika: 9%, Afrika & Nahost 8,1%

Umsatz je Division (2012)

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 Healthcare-

Division ihren Kunden nun maßgeschneiderte

Komplettlösungen für Anwendungen der

Zellbiologie, Zelltherapie und Biopharma-

Produktion 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 Thermo-

Deals 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


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 Rollerflaschensystemen

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!

QIAcube und iPad

Informationen, Update-Benachrichtigungen

und vieles mehr direkt auf dem iPad

Für einen begrenzten Zeitraum bieten wir das preisgekrönte

Spinsäulen-Gerät QIAcube ® zusammen mit der neuen QIAcube-App

und einem Apple ® iPad Air an. Wir erleichtern Ihnen die

Probenvorbereitung darüber hinaus durch:

■ ■ 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.

Sample & Assay Technologies


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“

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)

Abb. 2: Konsistenz der Microcarriereinbringung

in sechs ambr-Parallelgefäßen

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 Micro-

BioReactor 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

Das ambr-Mikrobioreaktor-System besteht

aus drei Komponenten: Einweg-Bioreaktor

(10-15 ml Arbeitsvolumen), Arbeitsplatz und

Software. Es handelt sich stets um Einweg-

Bioreaktoren, 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 CO 2

-Begasung oder Alkalizugabe. Mit

O 2

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.

LABORWELT


ambr-Bioreaktoren auf Konsistenz gemessen. Die Ergebnisse (Abb. 2)

zeigten, dass das Gewicht der abgegebenen Microcarrier einem CV


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-Spektroskopie-

Plattform 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 Toxikologie-

Untersuchungen, für die wir die Metabolom-

Daten 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 vitro-

Diagnostik 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


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.

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

LABORWELT

LABORWELT:

Im Grunde nutzen Sie Wohlbekanntes. Warum

hat es das nicht bereits früher gegeben?

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 Metabolomics-

Techniken 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.

LABORWELT:

Wie wollen Sie Ihren Ansatz weiterentwickeln

und wo liegen Ihre Zielmärkte?

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.

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

auch Sie dieses ganz besondere Klima

für Wissenschaftler und Unternehmen.

Treffen Sie uns auf der analytica 2014!

24. Internationale Leitmesse für

Labortechnik, Analytik, Biotechno logie

und analytica Conference

1.- 4. April I München

Halle A3 I Stand 241

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GESELLSCHAFT FÜR GENETIK

Service Verbände

LABORWELT-Partner

Dt. Ver. Gesell. f.

Klinische Chemie und

Laboratoriumsmedizin

e.V. (DGKL)

Deutsche Gesellschaft

für Proteomforschung

BIO Deutschland

Deutsche Gesellschaft

für Hygiene und

Mikrobiologie (DGHM)

bts (Biotechnologische

Studenten initiative e.V.)

Gesellschaft für Genetik

www.dgkl.de

www.dgpf.org

www.biodeutschland.org

www.dghm.org

www.bts-ev.de

DGKL

Neue Kongressstruktur bei DGKL und DVTA

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 werden

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

Gesellschaft für

Signaltransduktion

Gesellschaft für

Pharmakologie

und Toxikologie

Nationales Genomforschungsnetz

Deutsche Gesellschaft

für Neurogenetik

Netzwerk Nutrigenomik

DiagnostikNet-BB

Verband der

Diagnostica-Industrie e.V.

Österreichische

Reinraumgesellschaft

(ÖRRG)

Österreichische Ges.

f. Laboratoriumsmedizin

& Klinische Chemie

XX | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

www.gfgenetik.de

www.sigtrans.de

www.dgpt-online.de

www.ngfn.de

www.hih-tuebingen.de/dgng/

www.nutrigenomik.de

www.diagnostiknet-bb.de

www.vdgh.de

www.oerrg.at

www.oeglmkc.at

DGHM

Infektionen im

Fokus

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.

Weitere Informationen unter

www.dghm-vaam-kongress.de.

DiagnostikNet-BB e.V.

Restplätze für

größte IVD-Messe

Die Clinical Lab Expo der American Association

for Clinical Chemistry ist mit ca. 700 Ausstellerfirmen

die weltgrößte Industriemesse der In-vitro-

Diagnostik (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 MEDICA-

Aussteller 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

LABORWELT


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.

LABORWELT

l Gleichzeitig aber soll die Zeit, die hochqualifizierte

Wissenschaftler für die Nukleinsäure-

Extraktion 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-Säulen-

Technologie, 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..

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 Spin-

Säulen-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


Ausblick

Diagnostik

Clevere Linse misst Blutzucker

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-Traubenzucker-

Sensor 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

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

Aus der laborwelt.de-Galerie

Wodka unterm Mikroskop

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!

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.

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.

© Google Inc.

© bevshots.com

Vorschau Heft 2/2014

Themen

Fokus Analytica

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

Termine

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im Spezial Analytica bis 14. März 2014.

Informationen geben Oliver Schnell (Tel.:

+49-30-264921-45, E-Mail: o.schnell@biocom.

de) und Christian Böhm (Tel.: +49-30-264921-

49, c.boehm@biocom.de).

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

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.

XXII | 15. Jahrgang | Nr. 1/2014

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Jahrgang:

20. Jahrgang 2014

LABORWELT

Nr. 4 / 2013 – 14. Jahrgang

Organ:

Deutsche Gesellschaft

für Proteomforschung

(DGPF), BIO Deutschland

e. V., Fachabteilung Life

Science Research (LSR) im

VDGH, Biotechnologische

Studenteninitiative btS e. V.

August/September 2013

|transkript-Termine

Biotechnica

Heft Sonderthemen und Veranstaltungs-Highlights Sonderteil AZ-Schluss Erscheint

1/2 Laborautomation 17.01.14 30.01.14

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Nr. 3 / 2012 – 13. Jahrgang

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3 Prozesstechnik 14.02.14 27.02.14

Aktuell im Internet:

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Nr. 3 / 2012 – 13. Jahrgang

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7 Biomanufacturing 20.06.14 03.07.14

8/9 Zellbasiertes Screening 15.08.14 28.08.14

10

Ansiedlungen, Gründungen, Technologieparks

inklusive Marktübersicht D/A/CH-Region

12.09.14 25.09.14

11 Proteomics 17.10.14 30.10.14

12

Messen/Events/Veranstaltungen/Partnering

Vorschau mit Jahreskalender 2015

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Der Redaktionsschluss der jeweiligen Ausgabe liegt zwei Werktage vor dem Anzeigenschlusstermin.

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