LABORWELT Nr. 2 / 2015 – 16. Jahrgang Bioanalytik, Messund Regeltechnik rnet: e t In im ll e u t Ak elt.de www.laborw I_LW_2_2015_Titel.indd 1 26.03.2015 16:01:15 Uhr II_LW2_15_PerkinElmer.indd 1 26.03.2015 16:01:25 Uhr Intro Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Intro Die neue Bioanalytik: schneller, präziser, mehr Wer verstehen will, was die Welt im Innersten zusammenhält, der muss den Dingen auf den Grund gehen, muss beobachten und analysieren. Je genauer die Instrumente funktionieren, die zu diesem Zweck eingesetzt werden, desto besser lassen sich Phänomene erklären. Vorbei jedoch sind die Zeiten, in denen einzelne Analyte in aller Ruhe an der Bench im Labor bestimmt wurden. Forscher und Unternehmen verschieben die Grenze des Möglichen immer weiter: Online-Messungen in Echtzeit sind inzwischen in vielen Bereichen Standard. Nicht nur in der akademischen Forschung kommen inzwischen Multiplex-Verfahren und quantitative Methoden zum Einsatz, um komplexe biologische Proben umfassend zu charakterisieren. So tüfteln Berliner Forscher an einem Multiorganchip, der bald Tierversuche überflüssig machen könnte. Über den aktuellen Entwicklungsstand informierten Forscher um Roland Lauster und Uwe Marx im März bei einem Treffen in Berlin. Mit Hilfe modernster Zellkulturtechnik, 3D-Biodruck und Mikrofluidik wurde Ende 2014 die jüngste Entwicklungsstufe erreicht: ein Vier-Organ-Chip, bestehend aus Darm, Leber, Niere und einem Haut-Modul. Das System soll insgesamt 28 Tage lang funktionieren. Mit ihm ließe sich genau das gleiche Testprozedere durchführen wie bei Arznei- und Kosmetiktests an Tieren, versprechen die Forscher. An der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich treibt derweil eine Forschergruppe um den Systembiologen Ruedi Aebersold die Entwicklung der Massenspektrometrie (MS) voran. Ein neues Analyseverfahren, SWATH-MS, soll MS-Ergebnisse endlich reproduzierbar und auch vergleichbar werden. Damit könnte der Proteomik der Weg in die klinische Diagnostik und die personalisierte Medizin geebnet werden, hofft Aebersold. Wie die Methode funktioniert, verrät der Forscher im Interview mit LABORWELT (siehe Seite XIV). Nicht nur die Rote Biotechnologie profitiert Es ist aber nicht nur die Rote Biotechnologie, die von den neuen Entwicklungen in der Bioanalytik profitiert. Die kontinuierliche Online-Messung von Prozessparametern während der Fermentation kann dazu genutzt werden, Zellen optimale Kulturbedingungen zu schaffen (siehe Seite XVI). Das sorgt für hohe Erträge und hilft überflüssigen Abfall zu vermeiden und die Umwelt zu schonen. Auf die Spitze getrieben wird die Bioanalytik sicherlich dann, wenn Reaktionen auf Einzelmolekülebene verfolgt werden. Erst im vergangenen Sommer haben Wissenschaftler des Instituts für Nano- und Biotechnologien (INB) der FH Aachen zusammen mit japanischen Forschern ein solches System aus lichtadressierbaren potentiometrischen Sensoren vorgestellt. Das System könnte künftig bei der Steuerung von Biogasanlagen genutzt werden. Eine Messung der lokalen Ansäuerungsrate auf der Oberfläche eines Sensorchips, der mit prozessrelevanten Organismen bewachsen ist, würde eine kontinuierliche Überwachung der für den Fermentationsprozess wichtigen Bakterien ermöglichen. All diese Beispiele zeigen: Gerade die Bioanalytik ist einem beständigen Wandel unterworfen. Neue, präzisere oder umfassendere Methoden verdrängen die etablierten Verfahren. Gleichzeitig stößt die Bioanalytik in immer neue Anwendungsgebiete vor. Da ist es nicht verwunderlich, dass der Markt seit Jahren kontinuierlich wächst (siehe Seite IV). Kaum vorstellbar, dass sich das plötzlich ändern sollte. LABORWELT III_LW2_15_intro.indd 3 IDEEN GESUCHT! Sie haben eine Geschäftsidee? Wir unterstützen Sie! · Kompakte Wissensvermittlung · Individuelles Business-Coaching · Lebendige Netzwerkkontakte Teilnah me kost enfrei 65.000 € Preis geld Science4Life Venture Cup Bundesweiter Businessplan-Wettbewerb für Life Sciences und Chemie Science4Life ist die führende Gründerinitiative mit dem klaren Branchenfokus Life Sciences und Chemie. Experten aus mehr als 150 Unternehmen unterstützen Gründer bei der Entwicklung ihrer Geschäftsideen. Eine Initiative von Weitere Informationen und Anmeldung unter www.science4life.de BUCH BioTechnologie – 2015 Das Jahr- und Adressbuch Der Klassiker mit hohem Gebrauchswert: Das BioTechnologie Jahrund Adressbuch stellt auch im 28. Jahrgang mit über 1.800 Einträgen eine unschlagbare Datenquelle zu den in Deutschland, der Schweiz und Österreich aktiven Biotech-Unternehmen und -Akteuren dar. Das knapp 500 Seiten starke Original gilt als unverzichtbar bei Entscheidern in Industrie, Forschung, Lehre und Politik! 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Das Labor 4.0 steht vor der Tür und mit ihm Chancen und Herausforderungen – lange bevor daraus Entscheidungen für Kooperationen und am Ende Kunden werden. Der Blick aus der Ferne verrät davon noch nicht sehr viel. Labor als Querschnittsthema Für die amtliche Statistik ist die Laborbranche kein eigenständiger Wirtschaftszweig, sondern ein Querschnitt. Die Branche bestimmt sich sowohl nach den Methoden, Produkten, Services, als auch der Nachfrage in Forschungsstrukturen, Warenmärkten, Politik. Leistungsangebote und Nachfrage sind nicht notwendig IV | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 IV-V_LW2_15_labvolution.indd 4 eng miteinander verkoppelt. Man bietet für denjenigen Bedarf etwas an, für den man eine Nachfrage erwartet. Umgekehrt wird das nachgefragt, was man kennt. Es ist nicht mehr eindeutig, wer alles zur Wirtschaftseinheit von Angebot und Nachfrage und damit zu einer Branche dazu gezählt wird. In Deutschland liefern der Industrieverband Spectaris (2014) und die amtliche Statistik (2012) solide Zahlen. Spectaris betrachtet die Laborbranche von innen, Destatis von außen im Verhältnis zu anderen Wirtschaftszweigen. 2012 umfasste die deutsche Laborbranche laut Spectaris 341 Betriebe mit 38.400 Beschäftigten und einem Gesamtumsatz von 6,7 Mrd. Euro. Diese Kennzahlen verändern sich relativ wenig: Zwischen 2008 und 2012 verzeichnete man 3 Prozent mehr Betriebe, 10 Prozent mehr Beschäftig- te und 8 Prozent mehr Gesamtumsatz. Die amtlichen Statistiker sprechen nicht von einer Laborbranche, sondern vom Markt für technische, physikalische und chemische Untersuchungen. Doch in den Kernaussagen stimmt man mit dem Branchenverband überein: Seit rund zehn Jahren wachsen die Umsätze. Die Laborbranche ist gesund. Ansonsten erlaubt die Außensicht auf die Branche sehr viele andere Schlussfolgerungen als die Binnensicht. Hier entwickelt sich die Branche kontinuierlich. Ihr Auf und Ab folgt der gesamtwirtschaftlichen Entwicklung. In der Außensicht wachsen die Mitarbeiterzahlen im langjährigen Vergleich am stärksten zwischen 2007 und 2010, den Krisenjahren der Gesamtwirtschaft, während die Zahl der Betriebe sinkt. Die Umsätze steigen zwar kontinuierlich, doch gerade bei den chemischen Untersuchungen fallen die Erzeugerpreise und dies bereits seit Anfang 2007. An den Grundfesten der Branche rüttelt es leise, aber heftig Die Kluft zwischen Selbst- und Fremdsicht begegnet dem Beobachter der Branche öfter. Zu Labors im Gesundheitsmarkt gibt es eine Vielzahl von Einzelanalysen, meist fokussieren sie sich auf den größten Bereich, die klinische Labordiagnostik. Laut der Beratungsfirma Deloitte (2012) machen solche Laborleistungen etwa 65 Prozent der medizinischen Diagnostik aus und generieren einen Gesamtumsatz von 7,1 Mrd. Euro (2010). „Es handelt sich um einen stabilen, stetig wachsenden Markt“, resümiert Deloitte. Auch hier stimmt die Außen- mit der Binnensicht in der generellen Schlussfolgerung überein. Doch heißt das auch, dass alles beim Alten bleibt? – Keineswegs. An den Grundfesten der Branche rüttelt es leise, aber heftig. Abzulesen etwa an der DNA-Arraytechnologie. Nach mehr als zwanzig Jahren ist diese Technologie herangereift. Sie erleichtert personalisierte Medizin und ist die Grundlage für genetische Tests zur Therapieplanung. Onkologie und Gynäkologie sind heute diejenigen Felder, in denen das Next-Generation Sequencing (NGS) Einzug in die reguläre Erstattung hält. Neue Akteure, Lieferanten von Instrumenten und Reagenzien werden zu Herstellern von In-vitroDiagnostika (IVD). Neue Akteure – wie etwa die branchenfernen Investmentgesellschaften BC Partners London UK (Synlab) oder General Atlantic, Greenwich NY (Amedes) – werden angelockt durch hervorragende Aussichten und drängen in den Markt der klinischen Labordiagnostik. Sie erwerben Mehrheitsbeteiligungen oder übernehmen zu 100 Prozent. Rationalisierung und Konsolidierung in diesem Abb.: Deutsche Messe AG Das Labor der Zukunft verändert die Branche LABORWELT 26.03.2015 16:01:45 Uhr InnuPure® C16/C96 Automatisierte Nukleinsäureaufreinigung Marktsegment dauern schon mehr als ein Jahrzehnt und sind mittlerweile sehr weit fortgeschritten, stellt der Branchenexperte Peter Borgas (2011) fest. 2005 gab es noch 717 medizinische Diagnoselabore. 2009 waren es schon 12 Prozent weniger, 2011 war die Marktkonzentration noch weiter fortgeschritten. 54 Prozent der medizinischen Diagnoselabore in Deutschland waren in der Hand von nur sechs Betreibern. Die Neuen bringen die Labors wieder auf Kurs, indem sie die Arbeitsorganisation verändern und die Optimierungspotentiale ausschöpfen. Einen wichtigen Part nehmen dabei aber auch Innovationen ein – nur über sie kann die Labordiagnostik der Mengen-Kosten-Preis-Spirale entkommen. Die Veränderungen in der Branche sind greifbar. Ein Quantensprung erwartet die medizinischen Labors, wenn sich der stationäre Bereich mit dem ambulanten Bereich informationstechnisch vernetzt. Bislang mangelt es nicht allein bei Liquid-Handling-Automaten an Interkonnektivität, sondern auch in der Kommunikation zwischen Krankenhaus, externem Labor und ärztlicher Praxis. Abb.: Deutsche Messe AG Labvolution: Plattform für die Trends der Zukunft Eine Plattform für Visionen und Trends rund um das Labor der Zukunft will die Labvolution werden. Im Oktober wird die Labortechnikmesse erstmals veranstaltet, parallel zur etablierten Biotechnica, deren Thema die Wertschöpfungskette von Biotechnologie und Life Sciences ist. Aktuell arbeitet man in Hannover daran, in Kooperation mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft ein SmartLab – das intelligente Labor der Zukunft – als Anschauungsbeispiel und Kommunikationsplattform für die Messe auf die Beine zu stellen. Denn wie auch in den anderen industriellen Branchen verändern Miniaturisierung, Automatisierung und Digitalisierung radikal die praktischen Möglichkeiten der Konvergenz von Technologien, Beschleunigung und Verbilligung von Arbeitsprozessen ebenso wie die Vernetzung von Organisationen. Die Laborwelt wird komplexer. Mit Innovation lässt sich der Spirale von steigenden Kosten und Qualitätsminimierung entkommen, der Nutzen einer Anwendung steigern und eine neue Nachfrage dort erzeugen, wo der Markt schon als gesättigt gilt. Viele der Technologien, die heute Innovation vorwärtstreiben, sind an sich nicht neu: Rapid Prototyping, Augmented Reality, Mikrofluidik, Robotik, Möbel, die sich den wechselnden Aufgaben am Arbeitsplatz anpassen, Big Data-Soft- und -Hardware, vielseitige Assays und Kits. Das „Lab of Things“ ist bereits Realität, die Suche nach Anwendungen für die neuen Prozesse und Arbeitsstrukturen hat schon begonnen. Jetzt kommt es für alle darauf an, diejenigen zu finden, mit denen man genau die Lösungen findet, die zu den Problemen der Nutzer passen. LABORWELT IV-V_LW2_15_labvolution.indd 5 ■ ■ ■ ■ ■ Vollautomatisierte Nukleinsäureextraktion auf Basis der bewährten Magnetpartikelseparation Vorbefüllte, gesealte Reagenzienplastik Flexibles und effizientes Extraktionssystem Automatischer Transfer der Eluate in Elutionsgefäße mit Elutionsplatten Für eine Vielzahl von Ausgangsmaterialen www.bio.analytik-jena.de 26.03.2015 16:01:52 Uhr Advertorial ››› NANO TEMPER TECHNOLOGIES nanoDSF setzt neue Maßstäbe für Protein-Stabilität nanoDSF misst chemische und thermische Proteinstabilität in einer ultra-hohen Auflösung mit bislang unerreichter Reproduzierbarkeit. Die Detektion der Tryptophanfluoreszenz ermöglicht native Bedingungen unabhängig von der Pufferkomposition. Abb. 1: Beispiel für eine typische thermische Entfaltungskurve mit nanoDSF. Aus dem Fluoreszenzquotienten F350/F330 kann direkt der Anteil an ungefaltetem Protein abgeleitet werden (in %), wenn die Quotienten für jeweils gefaltetes und ungefaltetes Protein bekannt sind. faltetem Protein zugewiesen werden. Das bedeutet, dass ein einzelner Fluoreszenzdatenpunkt ausreicht, um präzise zu erfassen, welcher Anteil der Probe gefaltet und ungefaltet ist. Diese Information ist absolut essentiell im Bereich der Qualitätskontrolle, um die Langzeitstabilität von Biophamazeutika oder den Effekt verschiedener Stressfaktoren auf die Proteinstabilität zu ermitteln. Antikörper-Qualitätskontrolle Um zu überprüfen, ob nanoDSF den Anteil von ungefaltetem Protein in einer vorgegebenen Formulierung exakt quantifizieren kann, wurde ein Proteinstandard mit definierten Anteilen ungefalteten Proteins erVI | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 VI-VII_LW2_2015_Advertorial_nano-temper.indd 6 stellt, indem ein monoklonaler IgG-Antiköprer durch thermische Entfaltung bei 80° C kontrolliert denaturiert wurde. Ungefaltetes IgG wurde mit gefaltetem IgG in unterschiedlichen Verhältnissen gemischt. In thermischen Entfaltungsexperimenten im Prometheus NT.48 zeigten alle Formulierungen ähnliche Entfaltungsprofile bei Schmelztemperaturen um die 74° C. Jedoch stieg der Anfangs-Fluoreszenzquotient (F350/F330) bei 25° C mit wachsender Konzentration an ungefalteten Antikörpern (Abbildung 2A). Dabei zeigt sich eine genaue Übereinstimmung zwischen den errechneten Mengen an ungefaltetem IgG und den experimentell bestimmten Werten, die über den F350/F330Quotienten bestimmt wurden. Folglich kann nanoDSF sogar kleinste Mengen von ungefalteten IgG (< 0.5 %) in Formulierungen detektieren. Deshalb ist es eine schnelle und verlässliche Methode, um die Stabilität von Antikörpern zu bestimmen, zum Beispiel während Langzeit-Lagertests. Proteinstabilität bei Lagerung und Handling Für die Messung der Langzeitstabilität wurde das Ionenkanalprotein HiTeHa verwendet und jeweils bei 4° C und bei Raumtemperatur (RT) über einen Zeitraum von 34 Tagen inkubiert. Der F350/330-Quotient zeigt eine klare Abhängigkeit von der Lagerungstemperatur und der Inkubationszeit, während die Schmelztemperaturen aus den jeweiligen thermischen Entfaltungskurven sich nicht signifikant verändert haben (Abbildung 2B). Die Ergebnisse zeigen, dass HiTeha zwar bei 4° C stabil ist, aber dass es langsam degradiert, wenn es bei RT gelagert wird. Daher Abb.: Nanotemper Technologies Die Entfaltung und Denaturierung von Proteinen ist der Hauptgrund für deren Funktionsverlust und muss daher besonders in der Wirkstoffforschung sorgfältig kontrolliert werden. Viele Zielproteine für neue Wirkstoffe, wie Membranproteine, Zelloberflächenrezeptoren oder Kinasen, müssen ihre Funktionalität während zeit- und kostenintensiver Screening-Projekte beibehalten. Diese Proteine reagieren oft sehr unterschiedlich auf verschiedene Stressfaktoren, wie Temperaturschwankungen, und müssen daher individuell auf ihre Stabilität getestet werden. Biopharmazeutika, zum Beispiel therapeutische Antikörper, müssen zudem selbst nach längerer Lagerung und dem Versand funktionsfähig bleiben. Daher ist es unentbehrlich, geeignete Formulierungen zu identifizieren, die Biopharmazeutika stabilisieren. nanoDSF, integriert im Prometheus NT.48, misst die Entfaltung von Proteinen, indem sogar kleinste Änderungen der Fluoreszenzeigenschaften der Aminosäure Tryptophan während des Entfaltungsprozesses detektiert werden. Der Fluoreszenzquotient F350/330 enthält nicht nur Informationen über die Fluoreszenzintensität, sondern auch über eine Verschiebung des Fluoreszenzmaximums von Tryptophan. Um eine Schmelzkurve zu erstellen, wird die Änderung des F350/330-Quotienten gegen die Temperatur aufgetragen (Abbildung 1). Darüber hinaus kann der spezifische Fluoreszenzquotient F350/F330 dem Anteil an ent- LABORWELT 26.03.2015 16:02:13 Uhr Advertorial kann auch für Membranproteine, die in Detergenz gelöst sind, der F350/F330-Quotient als ein Maß für den Anteil an ungefaltetem Protein in Lösung dienen. Um kritische Schritte in der Handhabung für das Zielprotein MEK1-Kinase während der Proteinreinigung, der Lagerung und vor allem während biochemischer Experimente zu identifizieren, wurden MEK1-Lösungen einer Vielzahl an thermischen und physikalischen Stressfaktoren unterzogen, zum Beispiel der Inkubation bei verschiedenen Temperaturen, starkem Zentrifugieren und wiederholten Einfrier-Auftau-Zyklen. Auch hier diente der Fluoreszenz-Quotient F350/F330 als Indikator für den Anteil an ungefaltetem Protein (Abbildung 2C). Diese Experimente zeigen, dass MEK1 bei RT stabil bleibt und eher unempfindlich gegen mechanische Reize wie Zentrifugieren ist, wohingegen Einfrier-Auftau-Zyklen und erhöhte Temperaturen die Denaturierung des Proteins beschleunigen und daher vermieden werden sollten. Antikörper-Formulierungsscreen Der therapeutische monoklonale Antikörper mAb1 wurde für einen Formulierungsscreen verwendet, um optimale Pufferbedingun- Abb.: Nanotemper Technologies A B gen zu identifizieren. Der Puffer-Screen beinhaltete 25 mM verschiedener Puffersubstanzen im Bereich von pH 3,5 bis 8,5, jeweils mit und ohne 130 mM NaCl. Die thermischen Entfaltungsexperimente wurden am Prometheus NT.48 bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 1° C/min durchgeführt. Die Antikörper zeigten dabei mehrere Entfaltungsübergänge (Abbildung 3A), die auf die unterschiedlichen thermischen Stabilitäten von FAB- und FC-Domänen des Antikörpers zurückgeführt werden können. Aus der Auftragung der Schmelztemperatur gegen den pH zeigt sich zudem eine starke pH-Abhängigkeit der Proteinstabilität (Abbildung 3B). Während die Proteinstabilität im Bereich zwischen pH 6 und 8,5 relativ konstant bleibt, kann man eine signifikante Abnahme der Stabilität bei pH-Werten geringer als pH 6 beobachten. VI-VII_LW2_2015_Advertorial_nano-temper.indd 7 B Fazit nanoDSF ist eine optimale Methode für Qualitätskontrolle und für Formulierungsscreens. Das Format des Prometheus NT.48 erlaubt eine einzigartige Kombination aus Messgeschwindigkeit und Präzision. Durch die Nutzung von Hochpräzisionskapillaren und einer C Abb. 2: A) Erstellen eines Standards zur Proteinentfaltung. Ungefaltetes IgG wurde mit gefaltetem IgG in verschiedenen Verhältnissen gemischt und thermisch entfaltet. Der Prozentsatz an ungefaltetem IgG in der Lösung wurde basierend auf dem F350/F330Quotienten bei 25° C quantifiziert (B) Langzeit-Lagertest an HiTeHa: Aliquots des integralen Membranproteins HiTeHa wurden jeweils bei 4° C und bei Raumtemperatur (RT) gelagert, und thermische Entfaltungskurven wurden über einen Zeitraum von 34 Tagen gemessen. Der Anteil an ungefaltetem Protein wurde anhand des F350/F330-Quotienten errechnet. (C) Degradierungsstresstest an MEK1: MEK1-Protein wurde den oben genannten Belastungen unterzogen, und der Anteil an ungefaltetem Protein wurde auf Basis von F350/F330-Quotienten bei 25° C errechnet. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung von drei Messungen. LABORWELT A Abb. 3: Thermische Entfaltungskurven und Schmelzpunktanalysen. (A) Thermische Entfaltungskurven bei verschiedenen pHWerten. Der Einschub zeigt die pH-Abhängigkeit des ersten Entfaltungsüberganges Tm1. (B) pH-Abhängigkeit der beiden Schmelzpunkte Tm1 und Tm2 mit und ohne NaCl. on-the-fly Messtechnologie können 48 Proben parallel mit mehr als zehn Datenpunkten pro Minute detektiert werden, und das nahezu unabhängig von der Proteinkonzentration, die zwischen 5 μg/ml und 150 mg/ml liegen kann. In der Formulierung und auch im Antikörper-Engineering können durch die ultrahohe Datenpunktdichte die Schmelzpunkte für einzelne Antikörperdomänen identifiziert und gezielt optimiert werden. Die Dual-UVTechnologie ermöglicht native Bedingungen bei einer zuvor unerreichten Vergleichbarkeit der Daten, die für Langzeitstabilitätstests unerlässlich ist. Zudem beträgt der Temperaturunterschied entlang aller Proben weniger als 0,1° C, bei einer Reproduzierbarkeit der Ergebnisse mit Abweichungen von weniger als 0,05° C. Somit setzt der Prometheus neue Standards für fluoreszenzbasierte Analyse der Proteinfaltung. Kontakt www.nanotemper-technologies.com [email protected] 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 | VII 26.03.2015 16:02:21 Uhr Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Gradienten-PCR PCR einfach optimieren Holger Densow & Martina Pick, Analytik Jena AG Die Basenzusammensetzung und Länge bestimmen die Annealingtemperatur von PCR Primerpaaren. Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Algorithmen zur Berechnung der PrimerSchmelztemperatur (Tm), die meistens jedoch zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Die einfachsten Methoden sind die Formeln zur Berechnung der Primer-Schmelztemperatur Tm nach Marmur und Doty [1] oder Wallace et al. [2]. Bei diesen beiden Methoden werden weder die Salzkonzentration noch die Position der Nukleotide in der Primersequenz beachtet. Sie sollten daher nicht für Sequenzen mit mehr als 14 Nukleotiden verwendet werden beziehungsweise ergeben sie zweifelhafte Resultate für längere Primer. Tm-Berechnungsmethoden inklusive Korrekturfunktion für die Salzkonzentration sind für lange Sequenzen besser geeignet [3]. Die besten Methoden zur Berechnung von Primer Tm–Werten sind sogenannte Base-Stacking-Algorithmen [4, 5, 6]. Sie beruhen auf dem Nearest-NeighborAlgorithmus und berechnen den Primer-TmWert ausgehend von der Salzkonzentration und der Nukleotidposition in der Sequenz. Linear Gradient Tool Durch Verwendung der Gradientenfunktion des PCR Thermocyclers TAdvanced lässt sich die optimale Primer-Annealingtemperatur (Ta) experimentell ermitteln, die dann als ganzzahliger Temperaturwert (Ta-Wert) in Routine-PCR-Protokolle übertragen wird. Traditionell werden Gradienten programmiert, indem Temperaturwerte für die linke und rechte Seite des Probenblocks eingegeben werden (zum Beispiel 55° C bis 65° C). Bedingt durch technische Gründe hat der Temperaturgradient bei den meisten PCRInstrumenten allerdings einen sigmoiden Verlauf, was bedeutet, dass die Temperaturdifferenz zwischen den Spalten beziehungsweise Reihen des Probenblocks unterschiedlich groß ist. Der traditionelle Weg der Gradientenprogrammierung und die verschieden großen Temperaturdifferenzen zwischen den Spalten beziehungsweise Reihen des Probenblocks führen zu Nachteilen, wenn versucht wird, die optimale Primer-Annealingtemperatur exakt zu bestimmen: l In den Spalten oder Reihen des Probenblocks treten nicht-ganzzahlige Temperaturwerte auf. l Temperaturunterschiede zwischen den Reihen oder Spalten sind ungleich und vergrößern sich zur Mitte des Probenblocks hin. Abb. 2: Oben: Ergebnis der Gradienten-PCR zur Auswahl der optimalen Annealingtemperatur. Unten: PCR ohne Gradient bei optimaler Annealingtemperatur. Es entsteht über den gesamten Probenblock hinweg ein reproduzierbares Ergebnis. l Es ist unmöglich, den berechneten Ta-Wert für die Gradientenprogrammierung direkt zu nutzen. Die erwähnten Nachteile treten unter Verwendung des Biometra Linear Gradient Tools nicht auf. Das Linear Gradient Tool erlaubt die Programmierung eines Temperaturgradienten ausgehend vom berechneten Ta-Wert mit definierten Temperaturabständen (Inkrement) zwischen den Spalten des Probenblocks. Zum Beispiel kann eine berechnete Primer-Annealingtemperatur (Ta) von 60° C für Spalte 6 des 96-Well-Probenblocks programmiert und die Temperaturdifferenz zwischen den Spalten den Probenblocks auf ±1.0° C gesetzt werden. Für den 96-Well-Probenblock stehen insgesamt 12 Spalten (Temperaturen) zur Verfügung. Zusammenfassung Das Biometra Linear Gradient Tool des TAdvanced Thermocyclers ist ein nützliches Hilfsmittel, um die optimale Primer-Annealingtemperatur (Ta) in einem einzigen PCR-Experiment zu ermitteln. Es erlaubt die Eingabe der berechneten Primer-Annealingtemperatur und davon ausgehend die Festlegung eines Temperaturinkrements. Mittels des Linear Gradient Tools ist es einfach, Gradienten mit geradzahligen Temperaturen und mit gleichen Temperaturabständen von Spalte zu Spalte einzustellen. Die Ergebnisse lassen sich so ohne Probleme in ein Standard-PCR-Protokoll ohne Gradienten übertragen. Daher spart das Linear Gradient Tool Zeit und Aufwand, wenn neue Primerpaare optimiert werden sollen. Abb. 1: Dargestellt ist der Temperaturverlauf im Probenblock mit einem Gradienten zwischen 55° C und 65° C und einer Temperaturdifferenz (Inkrement) von 1°C pro Reihe. Für den Biometra-Thermocycler TAdvanced (rote Linie) ist die Temperaturdifferenz zwischen Reihe drei und zehn exakt gleich groß, während Geräte von anderen Herstelllern größere Variationen zeigen. VIII | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 VIII_LW2_15_analytik_jena.indd 8 [1] [2] [3] [4] [5] [6] Marmur J und Doty P (1962) J Mol Biol 5:109-118 Wallace et al. (1979) Nucleic Acid Res. 6: 3543. Rychlik, W. und Rhoads, R.E. (1989) Nucl. Acids Res. 17, 8543. Breslauer et al. (1986) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 83: 3746. SantaLucia, J. (1998) Proc. Nat. Acad. Sci. USA 95, 1460. von Ahsen N. et al. (1999) Clin. Chem. 45, 2094. Abb.: Analytik Jena Referenzen LABORWELT 26.03.2015 16:02:30 Uhr Expertenstatement Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Wie CRISPR/Cas die Forschung verändert Thomas Moser ist Geschäftsführer des Forschungsdienstleisters Horizon Genomics GmbH in Wien. Das Unternehmen hieß bis zur Übernahme im Januar noch Haplogen Genomics. Thomas Moser, Horizon Genomics GmbH, Wien Abb.: Horizon Genomics Die CRISPR/Cas9-Technologie ist dabei, die molekularbiologische Forschung zu revolutionieren: Mit ihrer Hilfe ist es vergleichsweise einfach, Mutationen an endogenen Genloci einzuführen. Die einfachste Anwendung dieser Technologie ist die Herstellung von Knockout-Zelllinien, in der ein Gen gezielt, stabil und vollständig inaktiviert ist. Komplexere Anwendungen umfassen die Einführung von gezielten Punktmutationen oder das Taggen von Genen. Ein wesentlicher Flaschenhals der CRISPR/CasTechnologie stellt das diploide Genom der meisten Eukaryontenzellen dar. Zum einen stellt die Genotypisierung von diploiden Zellen eine Herausforderung dar, zum anderen ist es oft schwierig, Zelllinien herzustellen, in denen beide Genkopien editiert sind. Haploide Zellen stellen in diesem Zusammenhang eine interessante Alternative dar: Sie verfügen lediglich über eine Genkopie. Infolgedessen ist der Phänotyp einer jeden Mutation sofort offensichtlich und wird nicht durch die zweite Genkopie maskiert. 1.200 Knockout-Zelllinien verfügbar Da die Genotypisierung darüber hinaus so einfach ist, können wir Knockout Zellen im Hochdurchsatzverfahren generieren. Bis jetzt wurden mehr als 1.200 KnockoutZelllinien für die verschiedensten Gene fertiggestellt. Somit sind sie kurzfristig zu einem attraktiven Preis-/Leistungsverhältnis verfügbar. Mit themenbezogenen Sammlungen von Knockout-Zelllinien haben akademische Gruppen nun die Möglichkeit ganze Stoffwechselwege einfach und schnell zu studieren. Darüber hinaus stellen wir Forschern beim Kauf unserer Zelllinien auch die Genome Editing Tools zur Verfügung, die zu ihrer Herstellung verwendet worden sind. Das ermöglicht es dem Kunden, seine Forschung auch auf andere Modellsysteme auszudehnen. Products for Bioprocess Analysis www.trace.de MultiTRACE Sampling Probes Glucose / Lactate, Methanol, Ethanol Automated Monitoring of up to 4 Reactors Compact Design C2 Online Analysers Filtration Single-Use Monitoring and PID-Control Integrated Feed-Pump Single-use Sensors and Tubing Manifolds Dialysis RZ_Trace_Anzeige_210x134_4C.indd 1 IX_LW2_15_expertenstatement.indd 9 24.02.15 13:39 26.03.2015 16:02:02 Uhr Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Kongressreport Dr. Philipp Graf, Redaktion Laborwelt Algen als ergiebige Ölfabriken oder die Hightech-Farm fürs Weltall – das waren nur einige der Topthemen beim Forum Life Science 2015. Alle zwei Jahre lädt die Bayern Innovativ GmbH Akteure aus den angewandten Lebenswissenschaften ein, ein Panorama aktueller Forschungsaktivitäten zu zeichnen. Die neunte Ausgabe des Kongresses führte Mitte März rund 1.000 Teilnehmer an den Garchinger Campus der Technischen Universität München (TUM). Ob Pharma, Ernährung, industrielle Biotechnologie – bei den verschiedenen Vortragssträngen zu den Anwendungsfeldern ging es auch um moderne analytische Verfahren und leistungsstarke Hightech-Werkzeuge. Knapp 100 Aussteller waren in Garching präsent. Mikroorganismen als alternative Fabriken für Treibstoffe rücken zunehmend in den Fokus der Industrie. Besonders die ständig wachsende Flugindustrie bleibt auf unabsehbare Zeit auf Flüssigtreibstoffe angewiesen. Die Luftfahrtbranche hat sich zudem selbst das Ziel gesteckt, ihre CO2-Emissionen bis 2050 gegenüber 2005 zu halbieren. „Mikroalgen sind für die Herstellung von Kerosin daher besonders en vogue“, sagte der Biotechnologe Thomas Brück von der TUM. Der Vorteil: die grünen Winzlinge wandeln mit Hilfe von Licht Kohlendioxid äußerst effizient in energiereiche Verbindungen wie etwa fette Öle (Lipide) um. Doch bislang sind die meisten AlgentreibstoffProjekte weltweit noch zu teuer und damit weit von einer wirtschaftlichen Industrieproduktion entfernt. In dem mit bayerischen Landesmitteln geförderten Verbundprojekt „AlgenFlugKraft“ tüfteln Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft daran, dem Konzept Flugsprit aus Algen einen technologischen Schub zu geben. Dazu ist gerade nagelneu für rund 12 Mio. Euro ein Algentechnikum am TUM-Standort in Ottobrunn fertiggestellt worden; Geld kam vom Freistaat Bayern und der Airbus Group. LED-Technik simuliert Klimaszenarien Das Hightech-Gewächshaus ist mit neuester LED-Beleuchtung und Klimatechnik ausgestattet. „Ob Kalifornien, Südsee oder Sahara, wir holen die Sonne nach München, können Klimaszenarien exakt simulieren und die Algen im großen Maßstab kultivieren“, so Brück. Überall auf dem Globus haben die Forscher nach Photosynthese treibenden Algen gefahndet, die besonders ergiebig in der Ölproduktion sind. Eine Alge aus Australien ist derzeit zum Spitzenkandidaten für die weiteren Analysen Für das Forum Life Science verwandelte sich der Garchinger Campus der TU München zum Branchentreff für knapp 1.000 Akteure aus den angewandten Lebenswissenschaften. X | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 X_LW2_15_lsf_garching_pg.indd 10 geworden. Damit die Algen große Mengen der begehrten Lipide herstellen, müssen sie unter Lichtstress gesetzt werden. Von dem Algentechnikum profitieren auch die Arbeiten eines vom Bundesforschungsministerium geförderten Konzepts einer Algenbioraffinerie, in der Algen als Rohstoff möglichst vollständig verwertet werden sollen, und das neben Kerosin auch zu Bio-Schmierstoffen oder Baustoffen führen soll. EDEN-Projekt: Pflanzenbau fürs All Mit Hightech die Agrarproduktion in Siedlungen vorantreiben – das ist ein Zukunftsthema, mit dem sich Raumfahrtingenieure vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bremen beschäftigen. Conrad Zeidler berichtete von Forschungen aus dem EDENLabor, in dem seit 2014 neueste Pflanzenanbaumethoden ausprobiert werden – für den Einsatz im Weltall. Die Forscher testen in ihren hermetisch abgeschlossenen Räumen optimale LED-Licht- und Klimatechnik, mit deren Hilfe Salat, Radieschen und Kohl prächtig gedeihen. Aber auch über Anbau in städtischen Hochhäusern, das sogenannte Vertical Farming, machen sich die DLR-Forscher Gedanken. In einer Simulation haben sie etwa für ein 37-stöckiges Hochhaus berechnet, wie effizient dort zehn verschiedene Gemüse und Tilapia-Fische kultiviert werden können. Fazit: Die äußerst produktive Hochhausfarm verbraucht eine Fläche, die um den Faktor 1.000 geringer ist als herkömmliche Agrarflächen und besitzt einen guten CO2-Fußabdruck. Erster Prüfstein für die praktische Umsetzung der Technologien der Bremer DLR-Forscher ist ein Test-Gewächshausmodul, das 2017 an der Neumayer-Station III des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) in der Antarktis aufgebaut werden soll. Bereits zum zweiten Mal nutzte die Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie e.V. (GBM) das Forum Life Science als Bühne für die Verleihung des German Life Science Awards (s.S.6). Der mit 50.000 Euro dotierte Nachwuchsforscherpreis wird von Roche gestiftet. 2015 geht er an die in Leipzig forschende Chemikerin Irene Coin und den Bioinformatiker Bernhard Renard vom Robert-Koch-Institut in Berlin. Coin hat ein raffiniertes System entwickelt, um in lebenden Zellen das dynamische Andocken des Peptidliganden an den CRF1Hormonrezeptor im Detail zu studieren. Mussten Strukturbiologen dazu bisher aufwendig Proteinkristalle züchten, setzt die italienische Forscherin auf synthetische Biologie: Durch den Einbau künstlicher Aminosäuren in den Rezeptor hat sie die Choreographie der Bindung des Liganden in Rekordzeit aufgeklärt. Abb.: Forum Life Science Forum Life Science: Mit Hightech zum Turbogrün LABORWELT 26.03.2015 16:02:39 Uhr Labormarkt im Umbruch (24) Serie Abb.: Greiner Bio-One Greiner Bio-One: Zurück unter dem Schutzschild Greiner Bio-One International AG, GBO (2013) Umsatz: 373 Mio. Euro (beide Holdings: 1,32 Mrd. Euro) F&E-Quote: 3% des Umsatzes Mitarbeiter: 1.728 (beide Holdings: 8.204) Leiter Bio-One: Rainer Perneker Vorstandsvorsitzender Greiner: Axel Kühner Dr. Martin Laqua, Redaktion Laborwelt Nettoumsatz nach Regionen Nicht immer sind es die großen Konzerne, die den Takt vorgeben. Gerade im stark zersplitterten Labormarkt können auch Familienunternehmen rasant wachsen. Im Vergleich zu den großen Laborausrüstern kommt der Plastik-Spezialist Greiner Bio-One ausgesprochen wendig daher. Die Firma Greiner wurde zwar bereits 1868 – als ein schwäbisches Kolonialwaren- und Eisenwarengeschäft – gegründet, doch erst 1963 setzte sie auf das Thema Labortechnik. Das Geschäft mit KunststoffPetrischalen entwickelte sich hervorragend. Nach einem Intermezzo als eine selbständige, auf die Life Sciences spezialisierte Firma zwischen 2001 und 2013 – der Greiner Bio-One International AG – gehört sie als eine GmbH mittlerweile wieder zur Greiner Holding AG. Damit ist auch klar: Der damals gerüchteweise angedachte Gang der Labortechnik an die Börse ist erst einmal vom Tisch. Der ist auch gar nicht nötig, denn die zu 100% im Familienbesitz befindliche Firma wächst auch ohne externes Kapital. Nötige Investitionen werden über den positiven Cashflow finanziert. Geschäftsbereiche GBO (Bereichssitz) Was haben die Tötung einer 63-Jährigen 1993 in Idar-Oberstein und ein Einbruch 2007 bei einem Optiker im 700 Kilometer entfernten Gallneukirchen bei Linz gemeinsam? Beide Verbrechen gehören zu einer Serie von stolzen 40 Delikten, die vermeintlich von einer einzigen Person verübt wurde. Nach monatelanger Suche wurde diese 2009 ausfindig gemacht: Es handelte sich um eine Angestellte einer deutschen Verpackungsfabrik, die für Greiner Bio-One von Hand Wattestäbchen auf Verschlussstopfen montiert. Natürlich steckte nicht sie hinter den Verbrechen. Ihre omnipräsente DNA machte die Polizei schmerzhaft darauf aufmerksam, dass für bakteriologische Abstriche vorgesehene Stäbchen nicht für DNA-Tests verwendet werden sollten. Greiner kam aus dem Fall des „Heilbronner Phantoms“, benannt nach einem Mord in Heilbronn, relativ unbeschadet davon, obwohl einige Chargen der Abstrichbestecke offenbar fälschlicherweise als DNA-frei gekennzeichnet worden waren. Von dieser Anekdote abgesehen taucht Greiner nur selten in den Medien auf. Die nach der Fusion der deutschen und österreichischen Firmen in den 1980er Jahren von Kremsmünster aus geführte Holding wächst organisch, Firmenzukäufe sind die Ausnahme. Die Wendigkeit, mit der Greiner auf LABORWELT XI_LW2_15_LMiU_Greiner_ml.indd 11 Europa 48%; Nordamerika 19%; Asien 23%; Südamerika 7%; übrige Welt 3% veränderte Gegebenheiten reagiert, wird zum Beispiel bei der Sparte Greiner Bio-One deutlich. Vier Bereiche gehören zusammen mit dem Sterilisationsdienstleister Mediscan zu dieser Sparte: BioScience (Zellkulturzubehör, Mikrotiterplatten für Hochdurchsatzanwendunge), Preanalytics (Probenentnahmesysteme für Blut, Urin und Speichel zur Anwendung in Kliniken, Diagnostik-laboren und Arztpraxen), Diagnostics (Biochips für zum Beispiel Genotypisierungen) und – über alle Bereiche hinweg – OEM-Dienstleistungen. Die beiden letztgenannten Bereiche wurden erst in den vergangenen Jahren neu eingerichtet, um auf die Kundennachfrage zu reagieren. Das Ende einer 142-jährigen Ära Auch die großen Sparten werden als Ganzes oft neu positioniert. Beispiel Greiner Bio-One: Die Medizin- und Labortechniksparte wurde 2001 wohl mit Hinblick auf einen möglichen Börsengang ausgegliedert und jahrelang als eigenständige Holding geführt – auch noch 2013 (siehe Box). Mit dem Ende eines groß angelegten Umstrukturierungsprozesses wurde 2010 bekannt, dass Bio-One zusammen mit den anderen vier Sparten – Packaging International (Verpackungen), Foam International (Schaumstoffe), Tool.Tec (Maschinenbau) und Perfoam (Fahrzeuginnenausbau) – ab 2014 wieder unter dem Dach einer Holding geführt wird. Auch in anderer Hinsicht überraschte der Reformprozess: Angefangen beim Krämerladen des Ehepaares Carl Albert und Emilie Greiner über die Korkstopfenfabrik des Sohnes Hermann wurde die Firma über fünf Generationen von einem Familienmitglied geführt. Damit war Preanalytics (Kremsmünster, AUT); BioScience (Frickenhausen, D); Diagnostics (Rainbach, AUT); OEM (Kremsmünster), Mediscan GmbH & Co. KG (Kremsmünster) 2010 Schluss. Da in der familieninternen Kaderschmiede, in der Firma als „Goldfischteich“ bezeichnet, kein geeigneter Kandidat zu finden war, wurde 2009 mit Axel Kühner ein DaimlerManager in den Vorstand geholt und ein Jahr später als erster externer Vorstandsvorsitzender an der Spitze installiert. Die 43 Familienaktionäre halten freilich über einen Gesellschafterrat, der die Besetzung des Aufsichtsrats kontrolliert, weiter alle Fäden in der Hand. Seine Feuertaufe muss Kühner gerade in einem millionenschweAnzeige Suche ½ Laborkassensitz zur Übernahme, auf Wunsch gerne auch mit Anstellung. Präferenz Raum Nordrhein und Umgebung. Bei Interesse bitte melden unter: [email protected]. Vertraulichkeit wird garantiert! ren Streit mit dem 2011 zwangsabgelösten Geschäftsführer – und bis dahin unangefochtenen Doyen – der Sparte Bio-One, Franz Konrad, bestehen: Greiner wirft ihm vor, Verträge mit Dritten zu für Greiner extrem ungünstigen Bedingungen abgeschlossen zu haben. Insgesamt arbeiten die 1.700 Mitarbeiter von Bio-One an 24 Standorten, an 7 davon wird produziert – seit 2013 auch in Thailand. Das Europa-Geschäft wird mit einer 2017 in Betrieb gehenden Erweiterung für das Werk in Mosonmagyaróvár (Ungarn) gestärkt. 6,5 Mio. Euro fließen in den Bau der neuen Halle. Bei einem positiven Cashflow von 42 Mio. Euro 2013 kommt der Betrag de facto aus der Portokasse. Jedoch wurde 2013 mit 15 Mio. Euro deutlich vorsichtiger in die Sparte investiert als im Vorjahr (33 Mio. Euro). Trotzdem ist derzeit kein Grund in Sicht, warum Greiner Bio-Ones Strategie organischen Wachstums bei organisatorischer Flexibilität nicht auch 2014 für ein weiteres Umsatzplus sorgen wird. Das wäre dann bereits das fünfte Mal in Folge. 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 | XI 26.03.2015 16:02:48 Uhr Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Massenspektrometrie Marc Kipping, Waters GmbH, Eschborn Massenspektrometrie und Ionenmobilitätsspektrometrie sind ähnlich alte Techniken, die in der Geschichte der Analytik eine lange Koexistenz haben. Inzwischen gibt es Hybridgeräte, die beide Methoden verlustfrei und routinetauglich in einem Gerät kombinieren. Die Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) ist eine der Massenspektrometrie sehr ähnliche Technik, nur dass hier Ionen nicht im Vakuum und aufgrund ihres Masse/Ladungsverhältnisses, sondern durch unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeit in einem Gas getrennt werden. Die Wanderungsgeschwindigkeit hängt dabei neben der Ladung vom Querschnitt des Volumens ab, welches sich bei freier Drehung der Ionen ergibt, und als Collisional Cross Section bezeichnet wird. Somit können mittels IMS zum Beispiel auch Ionen mit gleichem Masse/Ladungsverhältnis getrennt werden, wenn sie durch ihre unterschiedliche räumliche Struktur verschiedene Collisional Cross Sections haben. Massenspektrometrie und Ionenmobilitätsspektrometrie sind ähnlich alte Techniken, die in der Geschichte der Analytik eine lange Koexistenz haben. Der Einbau einer Ionenmobilitätszelle in ein kommerzielles hochauflösendes Massenspektrometer ist jedoch mit technischen Schwierigkeiten verbunden, welche die Einführung von Hybrid-Geräten verzögerten. Durch Travelling Wave Ionenmobilitätsspektrometrie (TWIMS) können diese überwunden werden [1]. 2006 konnte durch die Vorstellung des SynaptTM (Waters) gezeigt werden, dass es technisch möglich ist, TWIMS und hochauflösende Time-of-FlightMassenspektrometrie (TOF-MS) verlustfrei und routinetauglich in einem Gerät zu kombinieren. Ein Schema des Models Synapt G2-Si ist in Abbildung 1 dargestellt. Bei dem Gerät handelt sich um ein sogenanntes Quadrupol-oaTOF Hybridmassenspektrometer (Q-TOF-MS) bei dem die übliche Kollisionszelle durch eine Triwave-Zelle ersetzt ist. In dieser flankieren zwei Travelling Wave Kollisionszellen (Trap- und Transfer-Kollisionszelle) eine Travelling Wave Ionenmobilitätszelle. Somit ist es möglich, Fragment-Ionen zu erzeugen und diese vor der massenspektrometrischen Analyse im TOF mittels IMS zu trennen, es können aber auch IMS-getrennte Ionen fragmentiert werden. Nach Verlassen der Triwave-Zelle werden die XII | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 XII-XIII_LW2_15_Waters.indd 12 Ionen zum aoTOF-Analysator weitergeleitet. Dort wird ihre Ankunftszeit, welche sich im wesentlichen durch die Zeit in der TWIMS-Zelle ergibt, und ihre masseabhängige Flugzeit im TOF bestimmt. Dabei erhält man für jedes detektierte Ion neben der Massen-Information eine IMS-Driftzeit-Information und damit eine zusätzliche Dimension von Daten. Durch die zeitliche und räumliche Trennung der Ionen in der TWIMS-Zelle können massenspektrometrische Techniken wesentlich in ihrer Leistung gesteigert werden. Im Jahr 2004 wurde mit LC-MSE erstmals ein Data Independent Acquisiton (DIA)Experiment als kommerzielle LC-MS-Technik vorgestellt. Im Gegensatz zur Data Dependent Acquisition (DDA), bei der in einem MSMSExperiment mit einem MS1-Filter einzelne Ionen selektiert und anschließend fragmentiert werden, handelt es sich bei LC-MSE um ein multiplexed LC-MS-Experiment. Alle Ionen, die in der Ionenquelle des Massenspektrometers gebildet werden, werden auch fragmentiert. Durch alternierendes Ein- und Ausschalten der Kollisionsenergie erhält man einen vollständigen Datensatz aller erzeugten Ionen und aller daraus generierbaren Fragment-Ionen. Der Vorteil eines solchen Datensatzes ist, dass auch bei Analysen, bei denen man vorher nicht alle erwarteten Analyten kennt, keine Gefahr für Informationsverluste besteht. Analyse komplexer Datensätze Die Herausforderung bei der Analyse der LC-MSE-Daten besteht in der hohen Komplexität des erzeugten Datensatzes. Wenn beispielsweise zwei Vorläufer-Ionen gleichzeitig von der LC eluieren, dann mischen sich auch ihre Fragment-Ionen im Massenspektrum. Begegnen kann man dieser Herausforderung zunächst mit hoher Auflösung der chromatographischen Trennung und einem sogenannten Chromatographic Cleaning. Da Fragment-Ionen aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit von Gasphasen-Fragmentierungen in einem Massenspektrometer stets exakt das gleiche LC-chromatographische Profil wie ihre Vorläufer-Ionen aufweisen, können bereits bei geringsten Abweichungen im LC-Profil zweier Vorläufer-Ionen die Fragment-Ionen eindeutig zugeordnet werden. Hier treten bei komplexen Mischungen die hohen Peak-Kapazitäten moderner UPLC-Trennverfahren als großer Vorteil hervor. Dennoch lassen sich bei der enormen Komplexität, die zum Beispiel in einem Shotgun-Proteomics-Experiment auftritt, niemals alle Vorläufer-Ionen LC-chromatographisch unterscheiden. In diesen Fällen kann die zusätzliche Ionenmobilitäts-chromatographische Trennung helfen. Bei Fragmentierung der Vorläufer-Ionen in der Transfer-Kollisionszelle nach Ionenmobilitätstrennung in der TWIMSZelle, haben wiederum alle Fragment-Ionen exakt das gleiche IMS-chromatographische Profil wie ihre Vorläufer-Ionen. Damit lässt sich ein Fragment-Ion eindeutig nur einem Vorläufer zuordnen, der das gleiche LC-chromatographische Profil und das gleiche IMSchromatographische Profil aufweist wie es Abb. 1: Das Synapt G2-Si ist ein hochauflösendes Quadrupol-oaTOF Hybridmassenspektrometer, bei dem anstelle der Kollisionszelle eine aus drei unabhängignen T-Wave Ion Guides aufgebaute Triwave-Zelle eingebaut ist. Abb.: Waters Leistungssteigerung bei der Massenspektrometrie LABORWELT 26.03.2015 16:02:58 Uhr Massenspektrometrie Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik selbst (Abbildung 2). Die Analyse mittels HDMSE führt gegenüber dem LC-MSE-Experiment zu einer wesentlichen Steigerung der Spezifität und damit zu einer Leistungssteigerung der Methodik, mit der zum Beispiel im Shotgun Proteomics-Experiment etwa eine Verdopplung der identifizierbaren Proteine bei sonst identischen Parametern beobachtet werden kann. Eine umfassende Darstellung der Leistungsfähigkeit von HDMSE findet sich in Distler et al. [2]. TWIMS-gestütztes DDA (HD-DDA) Die bereits erwähnte Data-Dependent-Acquisition-Strategie ist eine sehr gute Methode bei der LC-MS-Datenaufnahme erwarteter Analyten in gezielten Experimenten und auch bei einigen Formen von ungezielten Experimenten noch immer unumgänglich. Vorteil der Methode ist, dass alle nicht interessierenden Vorläufer-Ionen bereits mit dem MS1-Filter entfernt werden. Somit sind die Fragmentspektren wesentlich weniger komplex. In hochkomplexen Analysen besteht die Herausforderung beim DDA-Experiment in einem Zeitproblem. Da während der Auswahl eines Vorläufers alle anderen Signale ausgefiltert werden, muss die Datenaufnahmezeit so gering wie möglich gehalten werden, um möglichst viele Vorläufer auswählen zu können. Mit immer geringeren Aufnahmezeiten sinken aber die Signalintensitäten insbesondere der Fragmentspektren unter die Nachweisgrenze. Damit resultiert aus dem Zeitproblem ein Empfindlichkeitsproblem, welches sich nur durch höchstmögliche MSMS-Empfindlichkeit lösen lässt. Bei modernen hochauflösenden Massenspektrometern sind die technischen Optimierungsmöglichkeiten bezüglich der Empfindlichkeit bereits stark ausgeschöpft. Ein Punkt mit dennoch hohem Optimierungspotential für die Empfindlichkeit von oaTOF- Massenspektrometern ist die orthogonale Ablenkung der Ionen. Am dafür zuständigen Pusher kommt ein kontinuierlicher Ionenstrom an. Von diesem werden Pakete in das TOF-Flugrohr abgelenkt. Alle Ionen, die während der Flugzeit eines Paketes am Pusher ankommen, gehen verloren (Abb. 3A). Der typische Duty Cycle aktueller Geräte beträgt daher nur etwa 10%. OaTOF-MS können dieses fundamentale Problem zwar gut dadurch kompensieren, dass der verwendete Detektor einzelne Teilchen detektieren kann, während zum Beispiel bei hochauflösenden Ionenfallen immer mehrere Ionen vorhanden sein müssen, um überhaupt Signale detektieren zu können. Dennoch liegt in der Erhöhung des Duty Cycles Potential für noch höhere Empfindlichkeiten. Dazu muss der Ionenstrom in Pakete gebündelt werden, in denen beim Push Event alle Ionen in das TOF eintreten, während innerhalb der Trennzeit keine Ionen am Pusher ankommen (Abb. 3B). Dies lässt sich bei Einsatz der TWIMS zur Auftrennung der in der ersten Kollisionszelle gebildeten Fragment-Ionen so realisieren, dass ein Duty Cycle von nahezu 100% und damit eine Empfindlichkeitssteigerung von Faktor 10 für den gesamten Massenbereich möglich wird (Abb. 3C). Das TWIMS-gestützte DDAExperiment wird mit HD-DDA bezeichnet. Es können bei gleicher MSMS-Messzeit zehnfach höhere Signale beziehungsweise in einem Zehntel der Messzeit gleiche Signalqualitäten im MSMS-Fragmentspektrum erreicht werden. Eine umfassende Darstellung der Leistungsfähigkeit von HD-DDA ist bei Helm et al. [3] zu finden. Abhängig davon, ob bei der T WIMSTrennung Vorläufer oder Fragment-Ionen getrennt werden, können sowohl die Systemtrennleistung und Spezifität als auch die Empfindlichkeit deutlich erhöht werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich durch Einsatz von TWIMS in der Triwave-Zelle A B C Abb. 3: Aus dem Ionenstrom werden beim oaTOF Segmente orthogonal in den TOF-Bereich abgelenkt. Ionen, die während der TOF-Trennzeit ankommen gehen verloren (A). Bei Ionenankunft in Paketen werden nahezu alle Ionen für die TOF-Analyse verwendet (B). Die TWIMS-Trennung, der in der Trap-Kollsionszelle gebildeten Fragment-Ionen, generiert IonenPakete und erlaubt damit einen Duty Cycle von nahezu 100% bei der anschließenden TOF-Analyse (C). des Synapt die Leistung etablierter massenspektrometrischer Methoden entscheidend steigern lässt. Literatur [1] [2] [3] Applications of a travelling wave-based radio-frequency-only stacked ring ion guide. Giles K, Pringle SD, Worthington KR, Little D, Wildgoose JL, Bateman RH. (2004) Rapid Commun Mass Spectrom. 18(20), 24012414. Drift time-specifi c collision energies enable deep-coverage data-independent acquisition proteomics. Distler U, Kuharev J, Navarro P, Levin Y, Schild H, Tenzer S. (2014) Nat Methods. 11(2), 167-170. Ion mobility tandem mass spectrometry enhances performance of bottom-up proteomics. Helm D, Vissers JP, Hughes CJ, Hahne H, Ruprecht B, Pachl F, Grzyb A, Richardson K, Wildgoose J, Maier SK, Marx H, Wilhelm M, Becher I, Lemeer S, Bantscheff M, Langridge JI, Kuster B. (2014) Mol Cell Proteomics 13(12), 3709-3715. Abb.: Waters Kontakt Abb. 2.: LC-chromatographisches und IMS-chromatographisches Alignment im HDMSE Experiment zur eindeutigen Zuordnung von Vorläufer- und Fragment-Ionen bei ungefilterten multiplexed LC-MS-Experimenten mit hochkomplexen Mischungen. LABORWELT XII-XIII_LW2_15_Waters.indd 13 Dr. Marc Kipping Waters GmbH Helfmann-Park 10, 65760 Eschborn Tel.: +49 (0) 6196 400600 [email protected] 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 | XIII 26.03.2015 16:03:05 Uhr Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Interview Proteome für die personalisierte Medizin Bisher spielten Proteome in der personalisierten Medizin kaum eine Rolle. Das Forscherteam um Ruedi Aebersold schickt sich an das zu ändern: Ausgefeilte Massenspektrometrie-Techniken könnten sich auch für den Einsatz in der klinischen Diagnostik eignen. Erste Untersuchungen an Tumorbiopsien (doi: 10.1038/nm.3807) gibt es bereits. Aebersold Das ist richtig. Viele bisherige MS-Methoden wählen zufällig etwa jedes tausendste Peptid aus und analysieren es. Weil nicht jedes Mal dieselben Peptide ausgewählt werden, sind die Ergebnisse zwar richtig, aber nicht reproduzierbar. Die von uns entwickelte SWATHMS-Technik kann diese Einschränkungen überwinden. LABORWELT Wie funktioniert das neue Verfahren denn genau? Aebersold Wir reduzieren die Komplexität auf andere Weise als die bisherigen Methoden. Wir suchen nicht länger nach einem bestimmten Vorläuferion eines Peptids, um das Molekül dann zu fragmentieren. Stattdessen führen wir alle Peptide einer Probe zunächst anhand ihrer Masse und der Fähigkeit, Wasser abzustoßen in etwa 30.000 Gruppen zusammen. Sie alle analysieren wir dann innerhalb einer Stunde. So erhalten wir eine riesige Menge komplizierter Peptid-Fingerprints, die zwischen den verschiedenen Gruppen gemischt sind. Sie können wir mit Hilfe von Computeralgorithmen voneinander unterscheiden. In unserer Methode spielt der Zufall keine Rolle, unsere Technik ist sowohl reproduzierbar als auch schnell. LABORWELT Im Rahmen einer Longitudinal-Studie an Zwillingspaaren haben Sie nachgewiesen, dass genetische und temporale Effekte die Abundanz einer Reihe von Proteinen im Plasmaproteom beeinflussen (DOI: 10.15252/ msb.20145728). Wurden diese Effekte bisher bei der Entwicklung von plasmabasierten Biomarkern berücksichtigt? XIV | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 XIV-XV_LW2_15_interview.indd 14 Aebersold Diese Effekte waren bisher nicht bekannt. Wir haben in dieser Studie gezeigt, dass die Abundanz von vielen Proteinen aus verschiedenen Gruppen unterschiedlich stark schwankt. Dazu tragen sowohl genetische als auch nicht-genetische Faktoren bei, etwa Umweltbedingungen oder das Altern. Aus Kohortenstudien ist bekannt, dass die Expression einiger Proteine sogar innerhalb der Kontrollgruppe stark schwankt. Solche Proteine eignen sich kaum als Biomarker. Unsere Studie ist aber die erste, die solche Veränderungen systematisch und für viele Proteine gleichzeitig untersucht hat. LABORWELT Was bedeutet das für künftige Studien? Aebersold Ich würde vermuten, dass bei der Suche nach Biomarkern in Zukunft ein besonderes Augenmerk auf jene Proteine gelegt wird, die eine im Allgemeinen sehr geringe Variabilität zeigen. Außerdem sollten sie wenn möglich nicht von Umweltfaktoren beeinflusst werden, die nur sehr schwer zu kontrollieren sind. LABORWELT Gibt es eine Möglichkeit, die von Ihnen beschriebenen Effekte zu kompensieren, so dass auch Proteine als Biomarker in Frage kommen, die stärkere Abundanzschwankungen zeigen? Aebersold Es stimmt: Die Suche nach Biomarkern ist schwierig und wir sind nicht in der luxuriösen Position, dass wir eine große Auswahl haben. Wir müssen nehmen, was wir kriegen können und dürfen nicht zu wählerisch sein. Unsere Studie macht jedoch deutlich, wie wichtig es ist, dass die Kontrollgruppen in Biomarkerstudien möglichst passend zu den Studiengruppen gebildet werden. Sie sollten sich in Bezug auf Alter, Umweltbedingungen und so weiter stark ähneln, damit sinnvolle statistische Analysen möglich werden. Prof. Dr. Ruedi Aebersold Ruedi Aebersold (60) ist ein Pionier der Proteomik und der Systembiolgie. Die Zeitschrift Analytical Scientist bezeichnete ihn 2013 als einen der weltweit einflussreichsten Forscher der analytischen Wissenschaften. Nach einem Studium und der Promotion an der Universität Basel war Aebersold am California Institute of Technology und an der University of Washington tätig. Im Jahr 2004 nahm er den Ruf auf eine Stelle als ordentlicher Professor am Institut für Biotechnologie an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich an. Dort wurde seine Forschungsgruppe Anfang 2005 der erste Bestandteil des neu gegründeten Instituts für Molekulare Systembiologie. Sie konzentriert sich auf die Entwicklung und Anwendung neuer Methoden der quantitativen Massenspektrometrie, mit denen sich Protein-Analyte auch in komplexen biologischen Proben genau messen lassen. LABORWELT Können Sie das an einem Beispiel erläutern? Aebersold Eines unserer Ergebnisse war, dass die Variabilität in der Proteinabundanz mit zunehmendem Alter ansteigt – oder genauer gesagt, dass die genetische Kontrolle mit dem Alter abnimmt. Eine übliche Quelle für die Blutproben in der Kontrollgruppe könnte die Armee sein, dort spenden viele junge Leute Blut. Krebs ist aber eher eine Erkrankung von älteren Menschen. Wird dies in der Studienplanung nicht berücksichtigt, kann nicht davon ausgegangen werden, dass in der Studien- und der Kontrollgruppe die gleiche Variabilität vorliegt. Was wir aus dieser Studie lernen, ist, dass wir dem geeigneten Design von Studien- und Kontrollgruppe mehr Aufmerksamkeit schenken müssen. Abb.: Hein Roest, wimimedia commons CCbySA3.0 LABORWELT Herr Professor Aebersold, mit klassischen Methoden lassen sich MS-Messergebnisse zwischen unterschiedlichen Laboren kaum reproduzieren. Das verhindert bisher einen breiten klinischen Einsatz. LABORWELT 26.03.2015 16:03:19 Uhr 10 ears CANDOR LABORWELT Was ist mit den bereits von der FDA anerkannten Biomarkern: Müssen die erneut untersucht werden? LABORWELT Könnte SWATH-MS also den Weg für den Einzug der Proteomik in die klinische Routinediagnostik bereiten? Aebersold Das dürfte nicht notwendig sein. Die Validierung eines Biomarkers durch die FDA ist ein sehr aufwendiger Prozess. Ich bin mir sicher, dass die Faktoren, über die wir sprechen, bei den bereits validierten Biomarkern schon berücksichtigt worden sind. Aebersold Um eine Methode in der personalisierten Medizin einzusetzen, müssen die Ergebnisse über viele unterschiedliche Proben hinweg möglichst genau zu reproduzieren sein. SWATH-MS ist die erste Methode in den Proteomics, die genau das erreicht. LABORWELT Die von Ihnen beschriebenen Einflussfaktoren dürften die Suche nach geeigneten Biomarkern noch schwieriger machen. LABORWELT Wie wollen Sie die Methode denn weiterentwickeln? Aebersold Das Problem ist doch, dass es fast keine Biomarker gibt, die es überhaupt bis zur Validierung schaffen. Es gibt zahlreiche Studien, in denen Patienten mit einer bestimmten Krankheit und eine Kontrollgruppe miteinander verglichen werden. Gewöhnlich schließt diese Art von Veröffentlichung mit einer kurzen Liste von einigen wenigen Proteinen, die es bis zu einem gewissen Grad erlauben, die beiden Gruppen voneinander zu unterscheiden. Aus all diesen Veröffentlichungen sind bisher aber nur eine Handvoll Proteine als klinisch bedeutsame Biomarker von der FDA anerkannt worden. Lange Zeit konnte man annehmen, das sei nur so, weil es eben lange dauert, den Prozess zu durchlaufen und die Arbeiten daran würden fortschreiten. Wenn das so wäre, müssten wir inzwischen jedoch die ersten dieser potentiellen Biomarker in klinisch validierten Testsystemen wiederfinden. Dass das nicht passiert, deutet doch darauf hin, dass wir noch grundlegende Probleme bei der Suche nach Biomarkern haben. Möglicherweise verhindern einige der Faktoren, die wir beschrieben haben, dass Biomarker erfolgreich validiert werden. LABORWELT Haben Sie mit Ihrer Methode denn auch schon einmal klinisches Probenmaterial untersucht? Aebersold In unserer jüngsten Studie (doi: 10.1038/ nm.3807) haben wir den biochemischen Zustand kleiner Nadelbiopsien untersucht, konkret von Nierenkrebs-Biopsien, die wir von an der Studie beteiligten Ärzten am Kantonsspital St. Gallen erhielten. Ausgehend von ungefähr einem Milligramm Gewebe konnten wir innerhalb eines Tages die SWATH-MSUntersuchungen durchführen. Den Befund der Pathologen konnten wir so sehr gut auf Protein-Ebene nachvollziehen. LABORWELT XIV-XV_LW2_15_interview.indd 15 Aebersold Wir sind dabei, die Zahl der damit messbaren Proteine ständig zu erhöhen. Außerdem möchten wir die Methode so weiterentwickeln, dass wir damit auch ältere Proben messen können, wie zum Beispiel Formalinfixiertes Paraffin-eingebettetes Gewebe. Wir könnten dann aufbewahrte Proben von Patienten analysieren, von denen der spätere Krankheitsverlauf und die gewählte Therapie bekannt sind. So können wir Zusammenhänge zwischen Proteinmuster und späterem Krankheitsverlauf erkennen. LABORWELT In der klinischen Diagnostik sind viele Ärzte eher konservativ – müssen es sein, arbeiten sie doch mit den Proben lebender Menschen und behandeln echte Patienten. Wie hat sich die Zusammenarbeit aus Ihrer Sicht gestaltet? Aebersold Wir erhielten positive Rückmeldungen von klinischen Forschern, und wir erwarten, dass Pathologen die Methode bald für klinische Entscheide verwenden werden. Bisher hatte die Proteomik unter Ärzten einen eher schlechten Ruf, weil sie vergleichsweise teuer und komplex ist. Auch litt die Proteomik unter der schlechten Reproduzierbarkeit. Dies haben wir nun korrigiert, und wir sind davon überzeugt, dass unsere Methode in der Klinik ein großes Potential hat. Unsere jüngste Forschungsarbeit haben wir daher absichtlich nicht in einer biologischen, sondern in einer medizinischen Fachzeitschrift zur Publikation eingereicht. Davon erhoffen wir uns, Ärzten und Medizinforschern die Vorteile unserer Technik noch stärker bekanntzumachen. Uns freut auch, dass unsere Methode nicht mehr ausschließlich auf den Geräten funktioniert, die wir verwendeten. Andere Forschende haben die Methode bereits für weitere Geräte angepasst. [email protected] For real Explorers The all-in-one Solution for Western blotting! NEW Blocking, primary and secondary antibody in one step! CANDOR Bioscience GmbH 26.03.2015 16:03:24 Uhr Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Prozessführung Michael Hartlep und Wolfgang Künnecke, TRACE Analytics GmbH, Braunschweig Glukose ist das Substrat für die meisten Mikroorganismen und Säugerzellen und hat starke Wirkungen auf Zellwachstum und Stoffwechsel. Deshalb sollte die Glukosekonzentration während der Kultivierung zeitnah überwacht und wenn möglich geregelt werden. Häufig werden Zellen zunächst bei hohen Glukosekonzentrationen vermehrt und dann bei niedrigen Konzentrationen für die Produktion der gewünschten Produkte gehalten. In diesem Beitrag wird eine kombinierte Messung und PID-Regelung vorgestellt und charakterisiert. Um die Glukosekonzentration konstant zu halten, wurden bisher vor allem Zweipunktregler genutzt. Ihr Regelprinzip ist einfach: Für die Fütterungspumpe werden zwei Konzentrationswerte festgelegt. Sind sie erreicht, wird die Pumpe an- beziehungsweise ausgeschaltet. Die tatsächliche Glukosekonzentration im Medium schwankt demnach, was für die Zellen zusätzlichen Stress bedeutet. Indem Förderrate und Vorlagekonzentration angepasst werden, lassen sich Konzentrationsschwankungen und Zellstress minimieren. Dafür können PID-Regler (proportional integral derivative) eingesetzt werden. Sie bestehen aus drei Teilreglern, die zusammenwirken: Proportionalregler (P), Integralregler (I) und Differentialregler (D). Das Übergangsverhalten des Reglers wird durch eine Differentialgleichung beschrieben. Durch den I-Anteil kann die bleibende Regelabweichung, die bei einem reinen P-Regler entsteht, ausgeglichen werden. Mit Hilfe des D-Anteils kann der Regler auf schnelle Konzentrationsänderungen im Reaktor reagieren. Der PID-Regler ist deshalb für Zufütterungsprozesse deutlich besser geeignet als ein konventioneller Zweipunktregler. Nachteilig war bisher, dass für die Implementierung eines PID-Reglers eine Prozesssteuerung notwendig war, was den apparativen Aufwand deutlich erhöhte. Heutzutage werden in der Praxis häufig empirische Dimensionierungen eingesetzt. Diese lassen sich auch im Bereich der Biotechnologie gut verwenden. Das TRACE C2 Control ist ein Online-Analysengerät zur PID-Regelung von Glukose und zur gleichzeitigen Messung von Laktat. Die Methode zur Messung beider Parameter beruht auf der etablierten enzymatischen Bestimmung mittels oxidase-basierten Biosensoren. Diese amperometrischen Sensoren sind in vorkonfektionierten Single-Use-Schlauchsets integriert. Der Bereich, in dem eine Regelung möglich ist, liegt zwischen 0,1 g/L und 40 g/L XVI | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 XVI_LW2_15_trace_analytics.indd 16 Glukose. Zusätzlich kann der Parameter Laktat zwischen 0,05 g/L und 10 g/L gemessen werden. Die Messfrequenz liegt je nach Applikation bei maximal 60 Messungen pro Stunde – ausreichend hoch, um auch mikrobielle Prozesse sicher verfolgen und regeln zu können Kompletter Mess- und Regelkreis in einem Gerät. Mit Hilfe des im Messgerät integrierten PIDReglers kann die Glukosekonzentration in Zellkultivierungen auf sehr niedrigem Niveau konstant gehalten werden. Die eingebaute Fütterungspumpe ist für Bioreaktoren bis etwa 5 L Arbeitsvolumen geeignet. Für geregelte Fütterungen in größeren Bioreaktoren können über die serielle Schnittstelle externe digitale Pumpen direkt angesteuert werden. Für eine erste Dimensionierung des PID-Reglers wurden zunächst Störversuche in einem Glasfermenter mit einem Füllvolumen von 1,5 L durchgeführt, um das Verhalten des Reglers zu überprüfen. Der Sollwert wurde auf 5 g/L Glukose eingestellt und eine Glukoseverbrauchsrate von 1 g/(L*h) wurde vorgegeben. Eine 200 g/L Glukoselösung wurde mit Hilfe der internen Pumpe automatisch zugefüttert. Das System wurde mehrfach durch Zugabe von Wasser aus dem Gleichgewicht gebracht und damit die Glukosekonzentration jeweils von 5 g/L auf 3 g/L gesenkt. Durch die jeweilige Sprungantwort wurden die Parameter des PID-Reglers mittels empirischer Dimensionierung optimiert. Der Regelbereich (+/-10%) wurde so statt nach 50 Minuten schon nach 15 Minuten erreicht. Auf der Basis der Versuche können folgende Werte für Zellkulturen (mikrobielle Prozesse) als initiale Einstellungen am TRACE C2 verwendet werden: P-Anteil: 0,01–0,1 %/(g/L) (0,1–0,5%/ (g/L)), I-Anteil (Nachstellzeit): 60 min (45 min) und D-Anteil (Vorhaltzeit): 1 min (2 min). Mit der optimierten Reglereinstellung wurde eine Laktobazillus-Kultivierung bei der Fa. ATB, Potsdam unter industriellen Bedingungen durchgeführt (siehe Abbildung 1). Zunächst wurde die Kultur im Batchbetrieb mit ca. 30 g/L Glukose gestartet und bis zum Verbrauch der Glukose gefahren. Anschließend wurde der Regler auf einen Sollwert von 2 g/L eingestellt. Der Regelbereich wurde schnell erreicht und nicht mehr verlassen. Somit war eine zuverlässige Regelung bereits mit diesen ersten empirisch ermittelten Einstellungen möglich. In weiteren Versuchen kann das Einschwingverhalten weiter optimiert werden. Abb.: Trace Analytics Online-Glukoseregelung für bessere Bioprozesse Abb. 1: Verlauf der Glukosekonzentration während einer Fermentation mit Batchphase (0-18 h) und als Chemostat (18 -36 h). LABORWELT 26.03.2015 16:03:34 Uhr Verbände Service DGKL / VDGH IPF-Beirat doppelt verstärkt Das Infozentrum für Prävention und Früherkennung (IPF) des Verbandes der DiagnosticaIndustrie (VDGH) hat seine wissenschaftliche Kompetenz erweitert: Die Deutsche Vereinte Gesellschaft für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (DGKL) hat ihren Vizepräsidenten Berend Isermann als Mitglied im IPF-Beirat benannt. Als weiteres Mitglied begrüßt das IPF Jan Kramer, ärztlicher Leiter und Geschäftsführer des Laborverbundes LADR. Die neuen Experten im wissenschaftlichen Beirat des IPF kennen sich auf dem Gebiet der Labormedizin hervorragend aus: Isermann ist hauptberuflich Leiter des Instituts für Klinische Chemie und Pathobiochemie der Universität Magdeburg. Kramer ist Facharzt für Laboratoriumsmedizin und Facharzt für Innere Medizin. Das IPF informiert seit mehr als 15 Jahren die Öffentlichkeit in Form von kostenlosen Faltblättern und regelmäßigen Pressemitteilungen über Krankheiten und ihre Vorstufen, die mit Hilfe von Laboruntersuchungen diagnostiziert werden können. Seit 2013 bietet das IPF mit seinem Internetportal www.vorsorge-online.de Patienten, Ärzten und Journalisten eine Plattform für vielfältige Informationen rund um die Labordiagnostik an. Für das IPF bedeuten beide neuen Beiratsmitglieder eine zentrale Verstärkung: „Mit den Benennungen ist dem IPF ein wichtiger Schritt gelungen“, sagt VDGH-Geschäftsführer Martin Walger. „Ein gut aufgestellter Beirat versetzt uns in die Lage, breit gefächert über aktuelle Themen der Prävention, Früherkennung und der Forschung zu berichten“, so Walger. LABORWELT-Partner Dt. Ver. Gesell. f. Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin e.V. (DGKL) www.dgkl.de DeutscheGesellschaft für Proteomforschung www.dgpf.org BIO Deutschland www.biodeutschland.org Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) www.dghm.org bts (Biotechnologische Studenteninitiativee.V .) www.bts-ev.de Gesellschaft für Genetik und mit dem Schlüssel individualisierter Diagnostik die Vision „Keine Therapie ohne Nutzen“ realisieren – gemanagt durch das Netzwerk Diagnostik Berlin-Brandenburg. Zu der Initiative haben sich kleine und mittelständische Diagnostik-Unternehmen mit Forschungsinstituten, Laboren und Ärzten aus verschiedenen Fachgebieten sowie Patientenvertretern zusammengeschlossen, um die Produktentwicklungen voranzutreiben. Hierbei werden insbesondere auch Kostenträger und Leistungserbringer eingebunden. Parallel sieht das Projekt zudem vor, einen Studiengang „Master of Science Labordiagnostik“ an der Brandenburgischen Technischen Hochschule Cottbus-Senftenberg zu konzipieren. Darüber hinaus plant das Netzwerkmanagement – erreichbar unter [email protected] – vielfältige Veranstaltungen, Workshops und Messeauftritte. So wird sich PARMENIDes auf der PerMediCon in Köln und der MEDICA in Düsseldorf präsentieren. Nur für Frauen: Tipps für die MINT-Karriere LABORWELT XVII_LW2_15_verbaende_ml.indd 17 www.gfgenetik.de Gesellschaft für Signaltransduktion www.sigtrans.de Gesellschaft für Pharmakologie und Toxikologie www.dgpt-online.de Nationales Genomforschungsnetz www.ngfn.de Deutsche Gesellschaft für Neurogenetik www.hih-tuebingen.de/dgng/ Netzwerk Nutrigenomik www.nutrigenomik.de DiagnostikNet-BB www.diagnostiknet-bb.de Verband der Diagnostica-Industrie e.V. BTS Ein bts-Kooperationspartner richtet auch in diesem Jahr die women&work aus. Knapp 100 Unternehmen – darunter eine große Anzahl von Firmen aus dem MINT-Bereich – präsentieren sich am 25. April auf der Veranstaltung im World Conference Center Bonn und stehen den Messebesucherinnen für alle Fragen rund um Job- GE „Als Mediziner und Diagnostik-Unternehmer ist es mein Lebenstraum, erkrankten Menschen eine optimale und auf ihre Bedürfnisse zugeschnittene Behandlung zu ermöglichen“, erklärt Dirk Roggenbuck, Konsortialführer der Initiative für personalisierte Diagnostik und Medizin (PARMENIDes) – einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit maximal einer Million Euro geförderten Projekt. Das ausgewiesene Ziel dieser am 1. März 2015 gestarteten Initiative mit seinen mehr als 50 Partnern: Neue personalisierte Konzepte für die Medizin entwickeln und diese in marktfähige Produkte umsetzen. „Leider ist in der Vergangenheit zunehmend am Patienten vorbeigeforscht und -entwickelt worden“, bedauert Roggenbuck. Dabei sei vor allem auf Masse und allgemeingültige Richtlinien geschaut worden statt auf den individuellen Bedarf. Die Konsequenz: Rund 30% aller Patienten erreicht diese „Massentherapie“ nicht. PARMENIDes wird diese Lücke schließen K TI PARMENIDes: Keine Therapie ohne Nutzen GENE ELLSC S AFT FÜ H R DiagnostikNet-BB einstieg und -wechsel, Wiedereinstieg oder den Weg nach oben zur Verfügung. Zum Programm gehören Vier-Augen-Gespräche (Voranmeldung bis zum 20. April), Lebenslauf-Checks und mehr als 40 Vorträge, Podiumsdiskussionen und eine Grundsatzrede von der Business-Querdenkerin Anja Förster. Der Messe-Besuch ist kostenfrei. www.vdgh.de Österreichische Reinraumgesellschaft (ÖRRG) www.oerrg.at Österreichische Ges. f. Laboratoriumsmedizin & Klinische Chemie www.oeglmkc.at 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 | XVII 26.03.2015 16:03:55 Uhr Service Produktwelt NanoTemper Technologies GmbH Optimiert und erweitert Die 25-jährige Erfahrung in der Produktion von hochwertigen Zellkulturprodukten und das Wissen um die Bedürfnisse und Ansprüche der Kunden haben die Sarstedt AG & Co. veranlasst, das Produktsortiment zu optimieren und zu erweitern. Die Zellkulturflaschen, -schalen und -platten wurden hinsichtlich Nutzen und Anwenderfreundlichkeit optimiert. Drei verschiedene farbkodierte Oberflächen, das erweiterte Plattensortiment sowie die Kennzeichnung aller Gefäße mit Chargennummer und Haltbarkeitsdatum sind nur ein paar der Verbesserungen, mit denen die neuen TCProdukte (TC = tissue culture) aufwarten. Das umfassende Zellkultursortiment beinhaltet zudem die miniPERM®-Bioreaktoren und eine Vielzahl an Produkten für Cell-ImagingAnwendungen wie beispielsweise: l x-well–Zellkulturkammern (objektträgerbasierte Ein- und Mehrkammergefäße aus PCA, Glas, Deckglas oder lumox®-Folie für mikroskopische Analysen) l lumox® multiwell (schwarze 24-, 96- und 384-Well-Zellkulturplatten mit gasdurchlässigem, 50 µm dünnem lumox®-Folienboden für fluoreszenzmikroskopische Analysen) l lumox® dish (Zellkulturschalen mit lumox®-Folienboden einer Dicke von 25 µm, welcher für weitere Anwendungen mit Hilfe eines Skalpells ausgeschnitten werden kann) Komplettiert wird das Zellkultursortiment durch eine Vielzahl an Produkten für die allgemeine Handhabung der Zellen, für die Sterilfiltration und die Kryokonservierung. Sarstedt AG & Co. Sarstedtstr. 1 51588 Nümbrecht Tel.: +49 (2293) 3050 www.sarstedt.com [email protected] AHF analysentechnik AG Hochreine „Low-Binding“-PFA-Laborartikel Die AHF analysentechnik AG bietet für den Einsatz in der Ultraspurenanalytik eine Vielzahl von Laborartikeln aus PFA, wie zum Beispiel Probengefäße in verschiedenen Größen. Bei PFA (Perfluoralkoxy-Polymer) handelt es sich um ein hydrophobes Fluorpolymer, das sich besonders durch seine „Low-Binding“Eigenschaften auszeichnet. Gefäße aus PFA besitzen eine ultraglatte Oberfläche und eignen sich hervorragend für hochempfindliche Applikationen in der Bioanalytik sowie zum längeren Aufbewahren von biologischen Proben. In einer Studie des US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST) zur Lagerung von DNA-Proben konnte gezeigt werden, dass in PFA-Gefäßen kaum Verluste von Probenmaterial durch Adsorption an der Gefäßwand auftreten. Im Gegensatz zu den herkömmlichen PP-Gefäßen entsprach die DNA-Konzentration in den PFA-Gefäßen auch noch nach sechs Jahren Lagerzeit, bei unterschiedlichen Bedingungen, XVIII | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 XVIII-XIX_LW2_15_PIs_ml.indd 18 der ursprünglichen Konzentration. Die thermische Stabilität von PFA reicht von -200°C bis +260°C, wodurch es autoklavierbar ist und auch tiefgefroren werden kann. AHF analysentechnik AG Kohlplattenweg 18, 72074 Tübingen Tel.: +49 (7071) 970 901-0 Fax: +49 (7071) 970 901-99 [email protected] www.ahf.de Proteinfaltung präzise analysiert Mit dem Prometheus NT.48 bietet NanoTemper Technologies ein Instrument für die nanoDSF Technologie. Diese neu entwickelte Methode für die einfache, schnelle und präzise Analyse von Proteinfaltung und -stabilität findet Anwendung im Bereich des AntikörperEngineering, in der Forschung an Membranproteinen, in der Formulierungsentwicklung und in der Qualitätskontrolle. Die Vorteile von nanoDSF auf einen Blick: l ultra-hochauflösende Daten l geringe Probenmengen l breites Konzentrationsspektrum l native Bedingungen ohne Farbstoffe l Messungen bei allen Puffer- und Detergenzbedingungen So funktioniert die Methode: nanoDSF misst präzise kleinste Änderungen der Fluoreszenz der im Protein vorkommenden Tryptophane, die stark von der chemischen Umgebung im Protein abhängt. Durch die Fluoreszenzänderung während des Entfaltungsprozesses kann die chemische und thermische Stabilität eines Proteins in nativen Bedingungen ohne Farbstoffe praktisch in allen Puffern- und Detergenzbedingungen bestimmt werden. Die Dual-UVTechnologie von NanoTemper ermöglicht eine schnelle und hochpräzise Fluoreszenzdetektion mit bislang unerreichter Reproduzierbarkeit. Außerdem wird eine sehr hohe Datenpunktdichte erzielt, die kleinste Entfaltungssignale einzelner Proteindomänen misst. Das aktuelle Modell Prometheus NT.48 kann unter Angabe des Betreffs Prometheus_Laborwelt ab sofort reserviert werden. NanoTemper Technologies GmbH Flößergasse 4 81369 München Tel.: +49 (89) 4522895 0 [email protected] Abb.: Sarstedt (oben), AHF (unten), Nanotemper (rechts) Sarstedt AG & Co. LABORWELT 26.03.2015 16:04:07 Uhr KOOBBOOK CEM GmbH Prämierte Peptidsynthese Nukleinsäuren mit universellem Kit aufreinigen Proteine beziehungsweise Peptide spielen für die physiologische und biochemische Funktion lebender Organismen eine herausragende Rolle. Seit langem werden diese Wirkstoffe auf ihre pharmakologische Wirksamkeit untersucht. Deshalb ist es wichtig, unterschiedliche Peptide synthetisch in Forschungslaboratorien herzustellen. Mit dem automatisierten Peptid-Synthesizer Liberty Blue lassen sich reine Peptide und schwierige Sequenzen in wenigen Stunden synthetisieren. Erst kürzlich erhielt CEM einen R&D 100 Award des Jahres 2014 für den Liberty Blue. Die Auszeichnung wird einmal im Jahr von den Herausgebern des R&D Magazins für die 100 „technologisch bedeutendsten innovativen Produkte und Prozesse des Jahres” verliehen. Folgende Kriterien bestimmten die Entscheidung der Jury: l 4-Minuten-Kupplungszyklen ermöglichen die Peptidsynthese in Stunden statt Tagen l Bis zu 90% Einsparung an Lösemitteln l Von Kleinstmengen für PNA-Synthese bis zum Scale-up von 5 mmol Die Extraktion von DNA beziehungsweise RNA aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien wie Blut, Sputum oder Urin wird in den meisten Laboratorien mit Hilfe spezifischer 27 Positionen für Reagenzien, Umbenennen von Reagenzien l Intuitive Software erleichtert das Programmieren von Sequenzen, und die einfache Technik mit wenigen Ventilen und wenigen Sensoren vereinfacht den Service. Die einzelnen Peptide können nach der Entnahme schnell aufgereinigt werden, während die nächste Synthese läuft. CEM GmbH Carl-Friedrich-Gauß-Straße 9 47475 Kamp-Lintfort Tel.: + 49 (2842) 96 44 0 www.cem.de [email protected] Kits durchgeführt. Die neuen STRATEC Molecular Universal Kits vereinfachen die tägliche Laborroutine, indem nur ein einheitliches Protokoll für die Isolation verschiedener Nukleinsäuren aus verschiedenen klinischen Proben in ein und demselben Arbeitsgang verwendet wird. Für den Anwender ergeben sich daraus erhebliche Vorteile: So braucht in der Beschaffung und Logistik nur noch ein Kit verwaltet zu werden. Außerdem werden automatische Extraktionssysteme besser ausgelastet, da unterschiedliche Proben in einem Lauf kombinierbar sind und dadurch Arbeitsabläufe vereinfacht werden können. Das Universal Kit kann für Infektions- und Gendiagnostik-Anwendungen entweder – unter dem Namen Invisorb Spin Universal Kit – für die manuelle Aufarbeitung mit Säulen oder in Kombination mit verschiedenen Robotersystemen (Filterplatte oder magnetische Beads) verwendet werden. Das InviMag Universal Kit/ KF96 wird zum Beispiel für KingFisher™ Flex Magnetic Particle Processors benötigt. Außerdem gibt es Kits für InviGeni-3 ISBN 978-3-928383-52 us®- und MICROLAB® STARlet-Geräte. Das Universal Kit kann darüber hinaus mit weiteren Systemen von STRATEC Molecular, wie beispielsweise den SalivaGene®Kollektoren zur Sammlung und Stabilisierung von Speichelproben verwendet werden. y Guide 5th Europea n Biotechnolog l Abb.: CEM (links), Stratec (Mitte) STRATEC Molecular GmbH STRATEC Molecular GmbH Robert-Rössle-Str. 10 13125 Berlin Tel.: +49 (30) 94 89 29 01 [email protected] www.stratec.com European Biotechnology Guide Vol. 5 Championing scientific diversitiy in Europe! The brandnew European Biotechnology Science & Industry Guide 2015 provides a wealth of information on companies and organisations offering products and services in the life sciences. In addition to the detailed company and institution portraits, the 5th edition of the directory contains a data breakdown of BIOCOM‘s report “Comparative Analysis of European Biotech Stock Markets“. Discover the success stories and the latest developments in the biotech industry. VOLUME 5 20 15 European Biotechnology Guide Science & Industry European Biotechnology NET WORK European Biotechnology Science & Industry Guide Vol. 5 € 19.80 ISBN 978-3-928383-52-3 Tel. +49 (0)30/26 49 21-48 Fax +49 (0)30/26 49 21-11 [email protected] www.biocom.eu LABORWELT XVIII-XIX_LW2_15_PIs_ml.indd 19 26.03.2015 16:04:24 Uhr Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik Wissenschaft Bioanalytik EU Schärfere chemische Fotos der Zelle Giftfrachter voraus Wissenschaftler der Universität Münster haben die analytische Empfindlichkeit der lasergestützten bildgebenden MALDI-Massenspektroskopie um mindestens das Einhundertfache gesteigert (Science, doi: 10.1126/science. aaa1051). „Sowohl in der biomedizinischen Forschung als auch in der klinischen Analytik erhalten wir damit ganz neue Möglichkeiten“, sagte Forschungsleiter Klaus Dreisewerd bei der Vorstellung der Ergebnisse Anfang März. Das Abtasten von Gewebeproben mit einem Laserstrahl und die anschließende massenspektrometrische Messung der dabei in einer Gasmatrix ionisierten Moleküle ermöglichte schon zuvor die simultane Analyse hunderter Biomoleküle und ihrer Interaktionen. Durch einen Trick können die Forscher aus Münster nun Lipide, Zucker, Vitamine sowie ihr Wechselspiel zum Beispiel mit eindringenden Infektionserregern in einer Raumauflösung von wenigen Mikrometern analysieren. Sie nennen ihre Methode deshalb MALDI-2. „Wir setzen dazu einen zweiten intensiven, ultravioletten Laserpuls ein“, erklärt Ko-Autor Jens Soltwisch. Bestrahlten sie mit diesem die bereits in die Gasphase übergetretenen Biomoleküle, verbesserte sich deren Ionisierung und damit ihre analytische Nachweisbarkeit um ein Vielfaches. Das Anwendungsspektrum ist vielfältig. Erstmals konnten die Forscher etwa die Verteilung fettlöslicher Vitamine in Hirngewebe in hoher räumlicher Auflösung sichtbar machen. „Potentiell kann so auch die Wechselwirkung von Krankheitserregern mit dem Organismus viel besser dargestellt werden“, zeigt sich Dreisewerd überzeugt. Auch nach der Mark tzulassung von bisher drei Antikörper-Drug-Konjugaten (ADCs) bleibt das Design der zielgesteuerten Chemotherapeutika eine Herausforderung. Die größten Schwierigkeiten bereitet das Binden („Linking”) definierter Mengen der niedermolekularen Gifte an krebsspezifische Antikörper, die ADCs zum Wirkort leiten. Zudem dringen ADCs wegen ihrer Größe schlecht in Tumore ein und sind wegen der aufwendigen Antikörperaufreinigung teuer in der Herstellung. Abhilfe sollen nun Wirkstoffe schaffen, die Peptide statt der einhunder tmal größeren Antikörper zur Zielsteuerung nutzen. Rund 3,75 Mio. Euro lässt sich die Europäische Kommission die Entwicklung und Validierung der neuen Peptid-Wirkstof f-Konjugate unter dem Namen „ETN Magicbullet” in den nächsten drei Jahren kosten. Virologie – Hilfe für Imungeschwächte Nur 10 bis 100 Noroviren reichen aus, um beim Menschen schwere, in seltenen Fällen auch tödliche Durchfälle auszulösen. Auf die erste potentiell ursächliche Therapie der vor allem in den Wintermonaten auftretenden, meldepflichtigen Erkrankung sind jetzt Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums in Heidelberg gestoßen. Anfang März berichtete das Team um den Virologen Grant Hansman, dass ein sogenannter Nanobody zumindest in vitro verschiedenste Sero- und Genotypen der wandelbaren, umweltstabilen Viren in Einzelteile zerlegen kann (J. Virology, doi:10.1128/JVI.03176-14). „Weil so viele verschiedene Noroviren-Stämme existieren, die sich ständig verändern, ist sowohl die Entwicklung einer vorbeugenden Impfung als auch einer wirksamen Therapie XX | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 XX_LW2_15_Wissenschaft_tg.indd 20 äußerst schwierig“, so der Nachwuchswissenschaftler, der mittels Röntgenkristallographie die Bindung von Norovirus-Proteinhüllen ohne Erbmaterial an die Nanobodies bis ins molekulare Detail untersucht hat. Jetzt besteht trotz Optimierungsbedarfs immerhin Hoffnung: In einem Sandwich-ELISA-Test detektierte der Nanobody Nano 85 immerhin 30% der Viren in Stuhlproben. Genau wie der Virusstamm-spezifische Nanobody Nano-25 erkennt „Nano-85” eine bewegliche, unter der Oberfläche des Capsids verschiedener Norovirus-Stämme verborgene „P-Struktur“. Bindung an die Struktur führt auf noch unbekanntem Wege zum Zerfall des Viruscapsids. Laut Hansman könnten vor allem Krebspatienten mit geschwächtem Immunsystem von der Entdeckung profitieren. Während die Wilex-Tochter Heidelberg Pharma und die italienische Exiris Spa (Rom) sowie fünf akademische Forschungsgruppen unter Führung der Universität Bielefeld ihr Entwicklungs-Know-how beisteuern, leisten 15 Doktoranden in dem „European Training Network” die praktische Arbeit. „Peptide können eine hohe Ladung an Wirkstoffen aufnehmen und Gewebe leicht durchdringen“, erläutert Koordinator Norbert Sewald die Vorteile der Wirkstoff-Konstrukte. Wichtiger: Für die kleinen Moleküle sind bereits Bindestellen bekannt, die das Anheften definierter Mengen Chemotherapeutika über einen Linker gestatten. Die Technologie hat bereits das Interesse der Industrie geweckt. Als assoziierter Partner beteiligt sich auch die Bayer AG (Wuppertal) an dem Projekt. Im Fokus der sieben Kerngruppen stehen Moleküle, die das tubulindestabilisierende Blaualgentoxin Cryptophycin mit Peptiden kombinieren, die gegen Integrine, Cadherine, VEGFR und neue Krebsziele gerichtet sind. Laut Sewald sollen verschiedene Linkertechnologien erprobt werden, um das potente Gift an die krebsspezifischen Peptide zu koppeln. Heidelberg Pharma bringt dabei seine Expertise in Linkertechnologien ein, die das Unternehmen derzeit in einer ADCEntwicklungspartnerschaft mit Roche (vgl. |transkript 11/2014) ausbaut. Weitere Details des Projektes werden die Projektpartner beim offiziellen Auftakttreffen im September vorstellen. Abb.: Dr. Grant Hansman, DKFZ Heidelberg Biotechs liefern Know-how LABORWELT 26.03.2015 16:04:38 Uhr SWISS BIOTECH DAY 2015 Foto: JWS/Fotolia.com The leading Swiss Biotech Conference and Annual General Assembly of the Swiss Biotech Association The Swiss Biotech Day is the leading biotechnology conference in Switzerland. The upcoming event will bring together around 400 senior executives from the life science industry across Europe. Programme highlights will be keynotes by Joseph Jimenez (Novartis AG) and Holger Zinke (BRAIN AG), as well as the presentation of the Swiss Biotech Report. The parallel sessions in the afternoon will focus on: Innovations in Healthcare, Regulatory Affairs, Listed Biotech Companies and Hotspots in Biotech. Additionally, there will be an exhibition and extensive networECH CLUSTER king opportunities with a one-to-one partnering tool. More information on the conference, the complete agenda and a registration form can be found at: www.swissbiotechday.ch APRIL 9, 2013 14 APRIL 2015 SIX Swiss Exchange, Congress Center Basel ConventionPoint, Zurich Sponsors: ly visible. The project-specific es (most of them young and iny) find a comprehensive partner t them in the public window. Science Regions are important dynamics in the Biotech sece common understanding of the re knowledge is brought into ean Biotech Association, where member. Domenico Alexakis is Executive Director of the Swiss Biotech Association. SWISS BIOTECH... ...is an alliance of four leading Biotech regions of Switzerland (Bio Alps, BioPolo Ticino, Basel Area and Greater Zurich Area). They have combined efforts to streamline interests of the national biotech sector. The SWX Swiss Exchange holds a leading position in terms of lifescience listings and offers companies from that industry – be they located in Switzerland or abroad – access to an internationally recognised financial marketplace. The initiative was co-founded by the SBA which also manages the executive office of Swiss Biotech. Organised by: @ Parenteral Contract Manufacturing Service of Hospira L atin americ a’s business gate way In cooperation with: Supporting Partners: Media Partner: European Biotechnology Net work For further information please visit www.swissbiotechassociation.ch www.swissbiotech.org XXI_LW2_15_SBD.indd 1 26.03.2015 16:04:52 Uhr Ausblick Vorschau Heft 3/2015 Regenerative Medizin Knochen heilen mit Gelatine-Schwamm Elastisch und trotzdem formstabil: ein dreidimensionales Gelatine-Gerüst Teltower Institut für Biomaterialforschung, das zum Helmholtz-Zentrum Geesthacht gehört, berichten darüber in der Fachzeitschrift AdvAnced MAteriAlS (doi: 10.1002/adma.201404787). Sie beschreiben, wie mit Hilfe einer vorübergehend eingesetzten schwammähnlichen GelatineStruktur ein kritischer Knochendefekt bei einer Ratte in wenigen Wochen ausheilt. Das aufgeschäumte Material ist offenporig, so dass Körperzellen, aber auch Sauerstoff und Nährstoffe leicht in die rund 0,2 Millimeter großen Zwischenräume einwandern können. Der Ausgangsstoff Gelatine sorgt dafür, dass die ersten Zellen direkt an Molekülen dieses „ArcGel“ (architectured hydrogel) anwachsen können. Das ArcGel baut sich im Laufe von etwa acht Wochen im Körper selbst ab. Toxikologie Multiorganchip statt Tierversuche Ein Multiorganchip könnte bald Tierversuche überflüssig machen. Der „Mini-Mensch“ aus dem Biotech-Labor kommt handlich daher: Es ist eine Platte so groß wie ein Smartphone, in der Bioreaktoren stecken, die lebende Miniorgane beherbergen. Auf einer Veranstaltung Mitte Februar berichteten Biotechnologen der TU Berlin um Roland Lauster und Uwe Marx, wie weit sie mit ihrem System gekommen sind. Mit Hilfe von Zellkulturtechnik, 3D-Biodruck und Mikrofluidik haben die Forscher in den vergangenen Jahren ihre Plattform von einem ersten Doppelorganchip mit Haut- und Leberorganoiden zu einem Vier-Organ-Chip erweitert. Der Ende Aus der laborwelt.de-Galerie Gen legt Hirn in Falten Das Bild zeigt die Großhirnrinde eines Maus– embryos. Unter dem Einfluss des Gens ARHGAP11B haben sich auf der rechten Hirnhemisphäre Faltungen in der Großhirnrinde gebildet (Zellkerne blau, tiefer liegende Nervenzellen rot) – was sie ohne das Extragen nicht tun würden (linke Seite). Für Wieland Huttner und sein Team vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden ist ARHGAP11B somit ein Schlüsselgen für das beim Menschen besonders stark ausgeprägte Gehirnwachstum: Je stärker gefaltet ein Gehirn, desto mehr Platz ist für Nervenzellen da (Science, doi: 10.1126/science.aaa1975). XXII | 16. Jahrgang | Nr. 2/2015 XXII_LW2_15_ausblick_ml.indd 22 2014 vorgestellte Chip besteht aus Miniversionen von Darm, Leber, Niere und Haut. Mit einem solchen System lässt sich genau das gleiche Testprozedere durchführen wie bei Arznei- und Kosmetiktests an Tieren. Die Wirkung und Toxizität von neuen Wirkstoffen und deren Verstoffwechslung kann so systemisch – und das sogar an einem humanen Modell – beobachtet werden. In Zukunft könnte durch solche „Mini-Menschen“ die Anzahl der Tierversuche erheblich gesenkt werden. www.laborwelt.de Thema Zellbiologie Als Bausteine allen Lebens stehen die Zellen seit jeher im Mittelpunkt: Die Diagnostik versucht die guten von den weniger guten zu unterscheiden und immer mehr Therapieansätze setzen auf die heilende Wirkung von Zellen. Nicht zuletzt hat auch fast jedes Forschungslabor mit Zellen zu tun. Grund genug also, im nächsten LABORWELT-Spezial neue Ideen, Produkte und Anwendungen rund um die Zellbiologie vorzustellen. Erscheinungstermin ist der 9. Juli 2015. Beiträge können bis 22. Juni 2015 eingereicht werden (Redaktion: [email protected]). Termine Werbekunden bietet diese Ausgabe, begleitend zum redaktionellen Inhalt, eine ideale Möglichkeit, ihre Anzeigen gut sichtbar zu plazieren. Reservieren Sie Ihren Werbeplatz bis 26. Juni 2015. Nähere Informationen gibt Ihnen Christian Böhm (Tel.: +49-30-26492149, [email protected]). 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 [email protected] www.biocom.de Redaktion Dr. Bernd Kaltwaßer Tel.: 030/264921-55 Namentlich gekennzeichnete Beiträge stehen in der inhaltlichen Verantwortung der Autoren. Alle Beiträge sind urheberrechtlich geschützt und dürfen ohne schriftliche Genehmigung des BIOCOM Verlages nicht reproduziert oder verbreitet werden. Abb.: HZG (oben links), Florio, Huttner / MPI-CBG Dresden (unten), fotolia.com/sciencephoto (oben rechts) Bei Gelatine denken viele nur an Wackelpudding. Doch Biomaterialforscher haben nun ein 3D-Gerüst aus dem tierischen Eiweißstoff hergestellt, mit dem Knochendefekte schneller verheilen. Die Forscher um Andreas Lendlein vom LABORWELT 26.03.2015 16:05:04 Uhr VIsIon becoMes RealIty Individualisierte Therapien durch neuartige Diagnostika. companion Diagnostics network Dr. Anke Kopacek | Netzwerkmanagerin DiagnostikNet | BB e. V. Tel. +49 (0)3302 55199 -15 Neuendorfstraße 17 Mobil +49 (0)173 3158328 16761 Hennigsdorf [email protected] Mehr Infos hier! www.companion-diagnostics.eu XXIII_LW2_15_CDN-CompanionDiagnostik.indd 1 26.03.2015 16:05:12 Uhr © Jonas Glaubitz / Fotolia.com Aktuell und unabhängig! XXIV_LW2_15_medtech-zwo.indd 1 Brandneue Informationen und Berichte über eine der dynamischsten Branchen überhaupt. Hightech meets Medtech. In der Medizintechnik hat die Zukunft schon begonnen. Schauen Sie selbst: www.medtech-zwo.de 26.03.2015 16:05:21 Uhr
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