Das bisher einzige Point-of-Care Gerät mit einem Immunosensor
Das bisher einzige Point-of-Care Gerät mit einem Immunosensor
Das bisher einzige Point-of-Care Gerät mit einem Immunosensor
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Von Teststreifen zu elektronischen Biochips-<br />
Neueste Entwicklungen für den<br />
POCT-Bereich<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Axel Warsinke<br />
Universität Potsdam<br />
iPOC Gruppe<br />
Potsdam Golm<br />
Tel. 0331-58187-561<br />
warsinke@uni-potsdam.de
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
<strong>Point</strong> <strong>of</strong> <strong>Care</strong> Testing der Zukunft-<br />
Die Vision<br />
Ziele der zukünftigen POCT Diagnostik<br />
- schnell<br />
- einfach<br />
- verlässlich<br />
- mobil<br />
- schmerzlos<br />
- vernetzt<br />
- preiswert<br />
- umfassend<br />
���� Therapieempfehlung<br />
Quelle: http://www.nzzfolio.ch/system/jpg.ashx?width=240&ImgFilePath=../<br />
config/Upload/out//Bilder_10_05/0510_spock.jpg
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Gegenwärtige <strong>Point</strong>-<strong>of</strong>-<strong>Care</strong> <strong>Gerät</strong>e<br />
Stromquelle nicht erforderlich<br />
Agglutinations- u.<br />
Filtrationsassays<br />
Teststreifen<br />
Enzymteststreifen Antikörperteststreifen<br />
Stromquelle erforderlich<br />
Kompaktgeräte<br />
(integrierte<br />
Analysesysteme)<br />
Enzymsensoren<br />
Übersicht über <strong>Point</strong> <strong>of</strong> <strong>Care</strong> <strong>Gerät</strong>e (Streifentests und Schnelltestgeräte) unter:<br />
http://notfalllabor.de/<strong>Point</strong>-<strong>of</strong>-<strong>Care</strong>/?PHPSESSID=t05<strong>of</strong>44i7gjhtrnvvj153nlg25<br />
Biochips<br />
<strong>Immunosensor</strong>en
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Teststreifen<br />
Enzymteststreifen: Einsatz zum Nachweis von Analyten im mM- µM Bereich<br />
Beispiel: Teststreifen zur Bestimmung von Glucose und Ketonkörpern über eine<br />
enzymatische bzw. chemische Nachweisreaktion<br />
Gekoppelte enzymatische Reaktion zur Glucosebestimmung<br />
Glucoseoxidase<br />
ß-D-Glucose + O2 � Gluconolacton + H2O2 Peroxidase<br />
H2O2 + Farbreagenz (farblos) � H2O + Farbreagenz (gefärbt)
Enzymteststreifen-System Reflotron Plus (Roche Diagnostics)<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Bestimmung von 17 klinisch-chemischen<br />
Parametern von Vollblut, Serum oder Plasma in<br />
2-3 min möglich<br />
- Reflektionsphotometrie<br />
http://www.roche.de
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Lateral Flow Immunoassays<br />
Einsatz zum Nachweis von Analyten im µM- nM Bereich<br />
http://notfalllabor.de/<strong>Point</strong>-<strong>of</strong>-<strong>Care</strong>/3-135-10550-0-0-0-0-0.html<br />
Sandwich Assaytyp<br />
Aus: R.C. Wong, H.Y. Tse, Lateral Flow Immunoassay, Springer 2009
Lateral Flow Immunoassays für die zukünftige POCT Diagnostik<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Verbesserungen notwendig in Bezug auf ����<br />
Reproduzierbarkeit<br />
Sensitivität<br />
Quantifizierbarkeit<br />
Multiparameterbestimmung<br />
Datentransfer
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Neue Materialien für Lateral Flow Immunoassays<br />
Fusion 5 Membran (Whatman/ GE Healthcare)<br />
Eine Membran für alle Schritte<br />
www.whatman.com
4castchip (Amic AB � Ortho Clinical Diagnostics, JohnsonJohnson)<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
µ-pillar Arrays <strong>mit</strong> Dextranbeschichtung<br />
https://cms.ifm.liu.se/applphys/biorgel/education/mikrosystem-nanobiologi-t/<br />
forelasningsmaterial/Linkoping101012-Amic.pdf
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
https://cms.ifm.liu.se/applphys/biorgel/education/mikrosystem-nanobiologi-t/<br />
forelasningsmaterial/Linkoping101012-Amic.pdf
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Konzentrationsbereiche von Plasmaproteinen<br />
Aus: Anderson & Anderson, Mol. & Cell. Proteom., 2003
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Verbesserung von Antikörpern und Fließzellengeometrie<br />
Analyt + Antikörper<br />
kon<br />
k<strong>of</strong>f<br />
Analyt-Antikörper-Komplex<br />
Dissoziationskonstante KD = k<strong>of</strong>f/ kon<br />
Simulation <strong>mit</strong> BIAcore-Chip<br />
Aus: Karlsson, J. Immunol. Meth. 1993
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Reader für Gold-markierte Antikörper<br />
Teststreifenerkennung von opTricon für Myokardinfarkt<br />
QuickSens® Ω 100 der Firma 8sens Biognostic<br />
http://www.optricon.de/deutsch/ref_diagnostik_01.html
Fluoreszenzreader für 4castchip (Amic AB � Ortho Clinical Diagnostics)<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Reader für Fluorophor-Markierungen<br />
Ellipsoider<br />
Lichtsammelkörper<br />
http://www.aacc.org/events/meeting_proceeding/2009/Documents/Mendel-Hartvig%20Oak%20Ridge.pdf
Parallelbestimmung von CRP und NT-proBNP <strong>mit</strong> dem 4castchip<br />
http://www.aacc.org/events/meeting_proceeding/2009/Documents/Mendel-Hartvig%20Oak%20Ridge.pdf<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder
FLORIDA fluorphore technology von<br />
Cibitest GmbH (Neu-Ulm, Germany)<br />
Nur eine Anregungslampe wird benötigt.<br />
Auswertung erfolgt visuell<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Anpassungsfähiger Fluoreszenzreader<br />
<strong>mit</strong> konfokalem optischen Sensor von<br />
Embedded Systems Engineering GmbH<br />
(ESE; Stockach, Germany)<br />
http://www.ivdtechnology.com/article/developing-highly-sensitive-more<br />
-reproducible-lateral-flow-assays-part-2-new-challenges-new-
1. Prinzip<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Reader für Magnetpartikel Markierungen<br />
MagnaBioSciences LLC (San Diego)<br />
http://www.magnabiosciences.com<br />
2. Prinzip<br />
GMR (Giant MagnetoResistance) sensor von<br />
Diagnostic Biosensors LLC (Minneapolis)<br />
http://www.ivdtechnology.com/article/using<br />
-integrated-magnetic-microchip-devices-ivds
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Nucleic acid lateral-flow ( NALF)<br />
Templex assays von Genaco Biomedical Products (Huntsville, AL) PCR NALF Platform zur SNPs Detektion<br />
Von BBinternational (Cardiff, UK)<br />
http://www.ivdtechnology.com/article/point-care-nucleic-acid-lateral-flow-tests
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Elektronische Biochips<br />
Vorteile der amperometrischen Transducer<br />
- hohe Sensitivität (10 -8 mol/l) gegenüber elektrochemisch<br />
aktiven Verbindungen, großer linearer Meßbereich (3- 6 Konzentrationsdekaden)<br />
- Messung in absorbierenden und trüben Proben möglich<br />
(z.B. Blut, Lebens<strong>mit</strong>teln, Zellkulturmedien)<br />
- Herstellungsverfahren aus der Mikroelektronik anwendbar (stark miniaturisierbar),<br />
geringer Preis von Mikroelektroden<br />
- Auswertung über handliche <strong>Gerät</strong>e möglich<br />
Bei der Amperometrie findet St<strong>of</strong>fumsatz statt<br />
elektrochemisch aktive Substanz (ox) elektrochemisch inaktive Substanz (red)<br />
e -<br />
Arbeitselektrode
Nukleinsäurearraytechnologie <strong>mit</strong> elektrochemischen Sensoren<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Electrasense (CombiMatrix Co.)<br />
Nukleinsäuresynthese auf dem Sensorspot<br />
über elektrochemische Generierung<br />
von H + Ionen<br />
Sensor<br />
HRP: Horseradish Peroxidase<br />
Abbildungen zur Verfügung gestellt von<br />
Mark Humble (Combimatrix Corp.)
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Enzymsensoren zur Blutzuckerkontrolle<br />
<strong>Das</strong> Glukometer 3000 eignet sich zur Mehrfachmessung von Blutproben<br />
Abbildungen BST Biosensor Technologie GmbH, Berlin
Freestyle Blutzuckermeßgerät, zur Einwegmessung<br />
(www.abbott.com)<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Verwendung eines Osmium-Redoxpolymers<br />
Aufbau des Freestyle Biosensorstreifens<br />
Aus: Heller and Feldman, Chem. Rev. 2008
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
<strong>Immunosensor</strong>en<br />
iStat (Abbott <strong>Point</strong> <strong>of</strong> <strong>Care</strong>) Multiparametergerät: <strong>Das</strong> <strong>bisher</strong> <strong>einzige</strong><br />
<strong>Point</strong>-<strong>of</strong>-<strong>Care</strong> <strong>Gerät</strong> <strong>mit</strong> <strong>einem</strong> <strong>Immunosensor</strong> (Antikörperchip)<br />
Bestimmung von BNP <strong>mit</strong> dem iStat<br />
(Brain Natriuretic Peptide, B-type Natriuretic Peptide)<br />
- BNP: Hormon dient als Marker für Herzinsuffizenz (steigt an)<br />
- Messbereich 15-5000ng/l<br />
- Interner Waschschritte erforderlich!<br />
aP<br />
BNP<br />
aP, alkalische Phosphatase<br />
pAPP, p-Aminophenylphosphat<br />
pAP, p-Aminophenol<br />
pAPP<br />
pAP<br />
(elektrochem. Nachweis)<br />
http://www.abbottpoint<strong>of</strong>care.com/istat/<br />
www/products/analyzers.htm
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
<strong>Immunosensor</strong>en- Arbeiten an der Universität Potsdam
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
<strong>Immunosensor</strong> für Creatinin<br />
Cover: Analytical Chemistry, November 1, 2008, Vol. 80, Iss. 21
Size Exclusion Redox-labeled Immunoassay (SERI) für Creatinin<br />
Electrode (- 200 mV)<br />
SERI Prinzip<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
HN<br />
C<br />
H 3<br />
N<br />
N<br />
HN<br />
O<br />
O<br />
C<br />
H 3<br />
H<br />
N<br />
HN<br />
Anti-Creatinin-IgG<br />
O<br />
O<br />
O<br />
Creatinin-Naphthoquinon<br />
Creatinin<br />
Cellulosemembran<br />
(MWCO 20.000)<br />
Cyclovoltammogramm von Redox-markiertem<br />
Creatinin (Creatinin-Naphthoquinonderivat)<br />
Benkert et al. Electroanalysis, 2000
iPOC: integrierte Proteinchips für die <strong>Point</strong>-Of-<strong>Care</strong> Diagnostik<br />
(BMBF geförderte Forschergruppe an der Universität Potsdam)<br />
Arbeitspakete<br />
1. Proteinexpression und Bindergenerierung<br />
2. Spotting (Proteinen auf dem Chip)/ Parallelisierung<br />
3. Miniaturisierung/ Integration (Lab-on-a-Chip)<br />
4. Einschritt Fluoreszenz-Immunoassays<br />
5. Einschritt elektrochemische Immunoassays<br />
Ziel<br />
Parallele Bestimmung von Blutproteinen in 1µl Blut<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Aktueller Sensorchip <strong>mit</strong> 11 Goldelektroden
Gegenwärtige und ehemalige<br />
Mitglieder der iPOC Gruppe<br />
M. Beissenhirtz<br />
P. Bröker<br />
A. Kupstat<br />
M. Tientcheu<br />
M. Christoph<br />
M. Grießner<br />
H. Dortay<br />
A. Lehmann<br />
B. Nagel<br />
T. Nagel<br />
M. Yinnavong<br />
K. Lehmann<br />
POCT-Workshop<br />
22. Februar 2011<br />
Asklepios Klinikum Birkenwerder<br />
Danke<br />
Finanzielle Unterstützung<br />
BMBF (FKZ 03IP515) und ILB (80136126)<br />
Kooperationspartner<br />
F. Bier und Mitarbeiter (FhI für Biomedizinische<br />
Technik, Golm)<br />
R. Dechend (Charite, Berlin)<br />
BST Biosensor Technologie GmbH, Berlin<br />
In.Vent Diagnostika GmbH, Hennigsdorf<br />
Celltrend GmbH, Luckenwalde<br />
FILT Lungen- und Thoraxdiagnostik GmbH, Berlin<br />
8sens Biognostic, Berlin<br />
Brahms/ Therm<strong>of</strong>isher, Hennigsdorf<br />
IHP Microelectronics, Frankfurt O.
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