DKMS LIFE SCIENCE LAB
26.11.2019
Wie das DKMS LIFE SCIENCE LAB mit neuen Verfahren und Automatisierung den Kampf gegen Blutkrebs unterstützt Das DKMS LIFE SCIENCE LAB setzt auf ein einzigartiges CMV-Analyseverfahren und flexible Automatisierungslösungen, um Blutkrebspatienten mit den bestmöglichen Stammzellspendern zusammenzubringen.
In Deutschland ereilt alle 15 Minuten einen Patienten der Schicksalsschlag – Diagnose Blutkrebs. Für die Betroffenen beginnt damit eine lange Zeit des Hoffens und Bangens. Schlägt die Chemotherapie nicht an oder besteht ein besonders hohes Risiko für den Patienten, kommt im nächsten Schritt die Frage nach einem potenziellen Stammzellspender auf. Jedes Jahr wird für tausende Patienten die Suche nach einem Spender gestartet. Den Passenden zu finden, ist oft nicht leicht und hängt von vielen Faktoren ab. Die Bestimmung der Blutgruppe von Spender und Patient spielt hier nur eine untergeordnete Rolle. Viele, wesentlich wichtigere, Parameter müssen bestimmt und bei einer Stammzellentransplantation beachtet werden, damit sie erfolgreich sein kann.
Im DKMS LIFE SCIENCE LAB in Dresden herrscht deshalb Hochbetrieb: Tausende von Proben potenzieller Stammzellspender werden hier jeden Tag bearbeitet. Aus den gewonnen Analysedaten erstellt das Labor hochaufgelöste Spenderprofile. Die Informationen fließen in die DKMS-Stammzellspenderdatei – mit über 9 Millionen registrierten Spendern weltweit eine der führenden Organisationen ihrer Art. Die DKMS bringt auf der ganzen Welt Spender und Patienten zusammen. Dank der detaillierten Profile, die das DKMS LIFE SCIENCE LAB erstellt, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Stammzellentransplantation gelingt. Neben den 12 HLA-Profil-Merkmalen (HLA – humane Leukozyten-Antigene) werden im DKMS LIFE SCIENCE LAB viele weitere Marker analysiert, darunter auch der CMV-Status (CMV – Cytomegalie-Virus) potenzieller Spender. Die Auswahl eines Spenders, der einen mit dem Patienten übereinstimmenden CMV Status hat, verringert das Risiko zusätzlicher Komplikationen. Für die Automatisierung eines neuen, weltweit einzigartigen CMV-Analyseverfahrens setzte die DKMS auf die Expertise der Analytik Jena.
Die Aufgabe – CMV-Bestimmung im Hochdurchsatz
CMV gehört zu den Herpesviren. Infektionen mit dem Virus können bei Blutkrebspatienten mit geschwächtem Immunsystem lebensbedrohlich sein. Bisher war die Bestimmung des CMV-Status potenzieller Stammzellspender nur aus Blutproben möglich. Etwa 90 Prozent der eingehenden Proben im DKMS LIFE SCIENCE LAB sind Wangenschleimhautabstriche, die mit Abstrichstäbchen, sogenannten Buccal Swabs, von der Mundschleimhaut genommen werden. Aus der DNA der gewonnenen Mundschleimhautzellen konnten problemlos die HLA-Merkmale und andere genetische Parameter analysiert werden, aber nicht der CMV-Status. Dies bedeutete, dass für die Mehrzahl der potentiellen Spender der CMV-Status nicht beim Zeitpunkt der Registrierung bestimmt werden konnte. Der CMV-Status wird unmittelbar vor einer Stammzellspende in jedem Fall noch einmal über einen Antikörpernachweis überprüft. Liegen die Informationen jedoch bei der Spenderauswahl schon vor, kann die Auswahl eines potentiellen Spenders schneller und zielgerichteter erfolgen. Das DKMS LIFE SCIENCE LAB hat daher ein neues Verfahren entwickelt, um den CMV-Analyseprozess bereits zum Zeitpunkt der Spenderregistrierung vorzunehmen. Die Bestimmung des CMV-Status aus Wangenabstrichen setzt neue Maßstäbe für die CMV-Analyse.
Eine Folge: Die Anzahl von CMV-Analysen schoss nach oben. Der ursprüngliche Laboraufbau musste demzufolge an die neuen Bedingungen angepasst werden. Veränderungen an den vorhandenen Automatisierungssystemen waren notwendig, um von einst 15.000 Proben auf 100.000 pro Monat zu skalieren und gleichzeitig die Qualität der Analysen auf höchstem Niveau zu gewährleisten - eine große Herausforderung. Die Automatisierung eines solchen Verfahrens ist natürlich keine einfache Aufgabe. Viele Faktoren müssen in Betracht gezogen und viele Parameter miteinander in Einklang gebracht werden. Die Steigerung des Probendurchsatzes war jedoch unabdingbar. Ein hoher Durchsatz bedeutet in diesem Fall schließlich: Mehr Leben retten.
Das DKMS LIFE SCIENCE LAB fand gemeinsam mit Analytik Jena eine Lösung.
„Qualitativ hochwertige Produkte und ein ausgezeichneter Service machen Analytik Jena für uns zu einem hervorragenden Partner“
Michael Brehm, Labortechnik und Automation DKMS LIFE SCIENCE LAB
Die Lösung – skalierbare Laborautomatisierung mit flexiblen Systemen
Das DKMS LIFE SCIENCE LAB bildet jeden Prozessschritt im Analyse-Workflow redundant ab und wählt das optimale System für den jeweiligen Zweck. Das ist wichtig, um einen reibungslosen Workflow zu gewährleisten und etwaige Störungen kompensieren zu können. Zudem müssen die Systeme flexibel sein, d.h. sie müssen sich in eine bereits bestehende Systemlandschaft integrieren und sich einfach durch den Anwender bedienen und anpassen lassen. Aber nicht nur die Leistungsfähigkeit und Flexibilität der eingesetzten Geräte ist für das DKMS LIFE SCIENCE LAB ausschlaggebend, auch die Serviceleistungen eines Herstellers spielen eine wesentliche Rolle bei der Entscheidungsfindung. Eine Hochdurchsatzanlage im DKMS LIFE SCIENCE LAB muss kontinuierlich arbeiten. Gibt es eine Störung, oder gar einen Ausfall, verzögert sich der Registrierungsprozess. Im schlimmsten Fall bedeutet dies, dass nicht alle transplantationsrelevanten Parameter für den potentiellen Spender identifiziert werden können. Schnelle Reaktionszeiten des Herstellers und ein lösungsorientierter Service sind dem DKMS LIFE SCIENCE LAB daher sehr wichtig. Analytik Jena überzeugte dabei in allen Punkten.
Die CMV-Status-Bestimmung des DKMS LIFE Science Lab basiert auf einem speziellen ELISA-Assay. 6.000 Proben sollten mit der automatisierten Anlage am Tag abgearbeitet werden. Analytik Jena entwickelte eine maßgeschneiderte Automatisierungslösung entlang der Anforderungen des DKMS LIFE SCIENCE LABS. Der Schlüssel zum Erfolg ist eine Automatisierungsanlage mit Systemen von Analytik Jena sowie einigen, integrierten Drittgeräten. Die Kernkomponente ist dabei der CyBio FeliX, eine flexible, modulare Pipettierplattform, die im CMV-Workflow in einer 96-Well-Variante installiert wurde.
Neben der Leistung und Kompatibilität der unterschiedlichen Systeme flossen viele ergonomische Aspekte mit in das Design ein. Ein optimaler Workflow zeichnet sich schließlich nicht nur durch technische Performanz aus. Das Layout der Systeme, ein leichter Zugang für Anwender und Servicetechniker zu allen Komponenten, eine durchdachte Bereitstellung von Flüssigkeiten sowie die einfache Handhabung der Hardware und Software sind unerlässlich für den langfristigen, effizienten Betrieb. In enger Zusammenarbeit zwischen dem DKMS LIFE SCIENCE LAB und Analytik Jenas Lab Automation Team wurde der Workflow zunächst simuliert, um mögliche Engstellen zu identifizieren. Die Anlage war zunächst mit nur einer CyBio FeliX -Pipettierplattform geplant worden, wurde daraufhin aber um einen weiteren CyBio FeliX erweitert. So ließen sich die gestiegenen Durchsatzanforderungen mühelos stemmen. Das DKMS LIFE SCIENCE LAB und Analytik Jena optimierten nach der Hardware-Integration den Workflow Software-seitig weiter. Das DKMS LIFE SCIENCE LAB und das Software-Team von Analytik Jena reduzierten die Taktzeit der CMV-Analyse erheblich – von einst 15 auf nun 8 Minuten. Das Labor des DKMS ist jetzt in der Lage, den CMV-Status von bis zu 6.000 Proben am Tag zu bestimmen.
Um den geplanten Durchsatz von 1.000.000 Proben pro Jahr sicherzustellen, realisierte Analytik Jena, nach erfolgreicher Validierung der ersten Anlage, eine Zweite.
Ihre Spende rettet Leben
Nur ein Drittel der Blutkrebs-Patienten findet innerhalb der Familie einen geeigneten Spender. Der Großteil benötigt einen nicht verwandten Spender. Je breiter und diverser die Auswahl, umso mehr Spender können erfolgreich vermittelt werden. Registrieren Sie sich als Stammzellspender und geben Sie anderen eine Chance auf ein zweites Leben.
Die Anlage im Detail
Die Vorbereitung der Analyseplatten und der Probentransfer erfolgen mit zwei CyBio FeliX-Systemen. Den Plattentransport zwischen den einzelnen Stationen übernimmt ein Scara-Roboter von Precise (Precise Flex 750). Die Zugabe der Verdünnungslösung erfolgt 88-kanalig parallel mit einem selektiv bestückten CyBio RoboTipTray. Ebenfalls mit einem selektiv bestückten CyBio RoboTipTray erfolgt der Probentransfer. Nach jedem Transfer werden die Spitzen automatisch in einer Waschstation gereinigt. Aus einer vorgefüllten Half-Deepwell-Platte erfolgt die Entnahme der Kontrolllösungen. Bei Prozessbeginn ist es möglich, die Startspalten zu definieren, um bereits begonnene Kontrollplatten wieder zu verwenden. Das Waschen und das Dispensieren der Platten erfolgt auf zwei getrennten Geräten. Somit kann auf dem Washer (Biotek ELX405 LSUVS) bereits effektiv im 96-Well-Format gewaschen und parallel im Dispenser (Biotek MultiFlo MFXP) jeweils eine der vier Reagenzien hinzugegeben werden. Für das Ein- und Ausschleusen der Platten ist ein CyBio QuadStack-Mikroplattenlager mit integriertem Barcode-Labeler im Einsatz. Dank der vier Schächte des CyBio QuadStack ist es möglich, nicht prozessierte und prozessierte Proben- und ELISA-Platten gleichzeitig zu lagern. Die Inkubation findet in einem Inkubator (Liconic STX44-ICBT) mit einer Kapazität von 44 Mikroplatten statt. Für die Raumtemperatur-Inkubationen steht ein Random Access Rack mit 15 Plattenplätzen zur Verfügung. Ein Reader-System (Biotek Synergy HTX) erledigt in der Anlage den photometrischen Read-out der Platten. Gesteuert wird die Anlage über die Software CyBio Scheduler. Sie ermöglicht den ergonomischen Start, Statusanzeigen sowie den unbeaufsichtigten Lauf der gesamten Automatisierungslösung.
CMV-Status
CMV steht für Cytomegalie-Virus und gehört zur Familie der Herpesviren. Je nach Land tragen 30 bis 90 Prozent der Bevölkerung das Virus in sich. CMV-Infektionen bei gesunden Menschen sind harmlos, allerdings kann das Virus bei Blutkrebspatienten mit geschwächtem Immunsystem lebensbedrohliche Folgen haben.
Spender und Patient sollten daher den gleichen CMV-Status besitzen, um einem möglichen Ausbruch einer Infektion vorzubeugen und den Patienten die bestmöglichen Chancen für eine erfolgreiche Stammzellentransplantation zu geben.
DKMS & DKMS LIFE SCIENCE LAB
Die DKMS(ehemals bekannt als Deutsche Knochenmarkspenderdatei) hat es sich zum Ziel gesetzt, den Kampf gegen Blutkrebs zu unterstützen und so vielen Patienten wie möglich eine zweite Lebenschance durch die Vermittlung einer Stammzellspende zu ermöglichen. Sie ist die weltweit führende Stammzellspenderdatei mit über 9 Millionen registrierten Stammzellspendern. Seit Beginn 1991 konnten mehr als 81.000 Stammzellspenden vermittelt werden. Die DMKS betreibt darüber hinaus wissenschaftliche Forschung zum Thema Blutkrebs.
Das DKMS LIFE SCIENCE LAB in Dresden typisiert jeden Tag tausende Proben potenzieller Stammzellspender und erstellt detaillierte Profile für das globale Spenderregister. Das Labor hat dabei neue Maßstäbe in der Hochdurchsatz-Typisierung gesetzt und bietet seine Erfahrung auch anderen Organisationen weltweit an.
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