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Nr. 1/2018 – 19. Jahrgang
Zellanalyse/
Screening
t u e ll im In t e rnet:
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elt.de
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27_LW1_18_01_Titelseite_ml.indd 1 22.02.2018 10:50:58 Uhr
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21.02.2018 12:42Uhr
15:45:16 PM
Zukunftsmarkt Zellanalytik
Martin Laqua, Redaktion LABORWELT
Zellen sind eigenständige biologische Funktionseinheiten. Ein besseres Verständnis dieser
bringt auch die angewandte Forschung und ultimativ die Biotechnologie-Industrie nach
vorn. Im vorliegenden LABORWELT-Spezial werden einige aktuelle Innovationen rund um
die Analyse von Zellen vorgestellt.
Ob in vivo oder in vitro, ob ein oder viele Parame- Auch die Zellkultivierung ist ohne Zweifel ein
ter, ob seltene Tumorzelle oder gewöhnlicher Zukunftsmarkt. Zelltherapien, regenerative
Erythrozyt – jede Zellanalyse hat ihre eigenen Medizin oder Produktion in Bioreaktoren – für
Anforderungen. Große Anbieter beobachten jede Anwendung gibt es mittlerweile die opti-
den Markt und sichern sich neue Technologien, male Technologie. Welches Einsatzsspektrum
wenn sie eine Lücke in ihrem eigenen Portfolio Hohlfaser-Bioreaktoren haben, erläutern die
ausmachen. Zuletzt war die US-Firma Agilent Spezialisten von Cellab auf Seite IV.
am Drücker, als sie Anfang des Jahres die iri-
sche Firma Luxcel kaufte. Deren Produkte sind
Kits für In-vitro-Assays zur Bestimmung des Hilfe für Zellatlas-Projekt
Zellmetabolismus mit Hilfe von Echtzeitflu-
oreszenzplattenlesern, darunter Assays zum Beim Menschen entstehen aus einer befruch-
Sauerstoffverbrauch von Zellen oder einzelnen teten Eizelle geschätzt 37 Billionen Zellen.
Mitochondrien sowie zur Aktivität des Kohlen- Mit dem Aufkommen neuer Sequenzierungs-
hydratabbauweges Glykolyse. methoden wurde schnell klar, dass diese in
weit mehr als die histologisch bestimmten
300 Zelltyp-Klassen fallen. Seit 2016 nimmt
Wachstumsmarkt Zellanalyse sich ein Forscherkonsortium der Aufgabe an,
all diese Zellen zu kartieren. Das Human Cell
Neben Agilent sind es Firmen wie Danaher, Atlas Consortium muss dabei mit enormen
Thermo Fisher oder Merck/Sigma Aldrich, Datenmengen aus zum Beispiel Einzellzell-Se-
die Hochdurchsatztechnologien für Wirk- quenzierungen jonglieren. Wie ein in München
stoffentdecker anbieten. Der Markt wächst konzipiertes Softwarepaket bei der Datenan-
ungebremst. Die Marktprognosen des Ana- lyse helfen kann, erklärt Alexander Wolf vom
lysehauses Research & Markets liegen bei Helmholtz-Zentrum München auf Seite V.
8% Umsatzwachstum pro Jahr bis 2022. Dem
Report „High Throughput Screening Market Eine für die Biowissenschaften relative neue
– Global Opportunity Analysis And Industry spektroskopische Analysemethode stellt
Forecasts“ zufolge wird es 2022 ein Markt von Christian Matthäus auf Seite IX vor. Der
22 Mrd. US-Dollar sein. 2016 lag dieser Wert Wissenschaftler ist Experte für die Raman-
noch bei 12,2 Mrd. US-Dollar. Spektroskopie.
Abb.: Zeiss Microscopy/flickr.com (CC BY-NC-ND 2.0)
Drei Zelltypen: Rote Blutkörperchen, T-Zellen (orange) und Blutplättchen (grün)
29_LW1_18_03_Intro_ml.indd 3 22.02.2018 10:51:24 Uhr
Zellanalyse/Screening Zellkultivierung
Bewährt und immer dern die sezernierten Proteine häufig auch über
typische Modifikationen und Multimerisierung
entsprechend dem physiologischen Vorbild
beliebter: Hohlfaser- verfügen. Das erlaubt die Ernte großer Mengen
rekombinanter Proteine, die den körpereigenen
Proteinen sehr ähnlich sind.
Bioreaktorsysteme Geschlossenes, vorsterilisiertes
System
Tanja Seiler, Dr. Stephan Rudolph, Cellab GmbH, Radeberg
Hohlfaser-Bioreaktorsystemen haftet das Vor-
urteil an, komplex in der Bedienung zu sein. Mo-
Die Hohlfasertechnologie findet zunehmend Verwendung in Bioreaktoren in der Zellkultur. derne teil- beziehungsweise vollautomatisierte
Während Hohlfaser-Bioreaktoren früher hauptsächlich zur Proteinproduktion eingesetzt Systeme wie das Cellab® Bioreactor-System
wurden, werden sie heute auch häufig für Zellexpansion und -differenzierung genutzt. unterstützen jedoch effizient den Anwender,
in kurzer Zeit reproduzierbare und skalierbare
Ergebnisse zu erreichen. Ein wiederverwendba-
res elektronisches Kontrollsystem steuert das
Einwegset automatisch. Auf diesem Einwegset
sind je nach Konfiguration der Bioreaktor, ein
Gastransfermodul zur Anreicherung des Me-
diums mit dem im Inkubator vorherrschenden
Luftgemisch und der Mediumbeutel über
Schläuche zu einem geschlossenen System
verbunden. Das Einwegsystem wird bereits
vorsterilisiert geliefert, so dass es mit wenigen
Handgriffen einsatzbereit ist. Jeder einzelne
Schritt des Kultivierungsprozesses wird von
der mitgelieferten Software überwacht und
zur späteren Auswertung notiert.
Zelltherapie – schon frühzeitig an
die Kultivierungsmethode denken
Cellab® Bioreactor-System in einem CO2 -Inkubator: In Deutschland wird das System über die
Meintrup DWS Laborgeräte GmbH vertrieben. Ein validierter, reproduzierbarer Prozess in
einem geschlossenen, vorsterilisierten System
Hohlfaser-Bioreaktoren bestehen aus einem Der Bioreaktor bietet aufgrund der Hohlfaser- ist ein bedeutender Faktor vor der Initiierung
Kunststoffgehäuse, in welchem Hunderte von geometrie ein äußerst vorteilhaftes Oberfläche- klinischer Versuche[1]. In den frühen klinischen
Hohlfasern eingefasst sind. Das System be- zu-Volumen-Verhältnis (OVV). Daraus ergibt Phasen kommen heute noch immer Standard-
steht aus zwei Kammern, dem Innenraum der sich eine große Kultivierungsfläche, die mit Zellkulturmethoden mit offenen Systemen wie
Hohlfasern und dem Raum, der die Hohlfasern einer sehr geringen Menge an Medium ver- T-Flaschen und Roller-Flaschen zum Einsatz, die
umgibt. In der einen Kammer werden die Zel- sorgt werden kann. Das OVV sowie das dichte, schnell aufgrund der benötigten hohen Zellzah-
len angezogen, auf der anderen Seite befindet mehrlagige Zellwachstum und die niedrigen len und regulatorischen Anforderungen wie
sich das Nährmedium. Die Faserwand bildet Scherkräfte erlauben eine Zellkultivierung, GMP-Konformität an ihre Grenzen stoßen[2].
dabei eine semi-permeable Membranbarriere die den physiologischen Gegebenheiten sehr Zudem ist die Flexibilität limitiert, Prozessme-
zwischen beiden Kammern. Die Membran nahe kommt. thoden zwischen den einzelnen klinischen Pha-
ermöglicht einen ständigen Stoffaustausch, Daraus ergeben sich in allen Anwendungs- sen zu wechseln. Daher ist es wichtig, sich schon
so dass Sauerstoff und Nährstoffe von der gebieten Vorteile. So können beispielsweise frühzeitig Gedanken über eine geschlossene,
Mediumseite auf die Zellseite diffundieren, mesenchymale Stammzellen (MSC) in Hohlfa- reproduzierbare und skalierbare Zellkulturme-
während Stoffwechsel-Abbauprodukte in ser-Bioreaktoren über einen längeren Zeitraum thode zu machen. Der Einsatz eines modernen
entgegengesetzter Richtung vom Zellkom- kultiviert und vermehrt werden und behalten Hohlfaser-Bioreaktorsystems ist als alternative
partiment ins Medium übertreten können dabei ihre Multipotenz. Gerade auf dem noch Prozessmethode in Betracht zu ziehen.
und im Mediumfluss abtransportiert werden. jungen Gebiet der MSC-extrahierten Exosomen
Zugleich verbleiben gewünschte Zellprodukte für die therapeutische Anwendung und für re-
wie zum Beispiel rekombinante Proteine oder generative Therapien auf Basis großer Mengen Literatur
Antikörper im Zellkompartiment und reichern von Stammzellen bieten Hohlfaser-Bioreaktoren [1] Clarke D., 2012, Implementing Custom Single-Use Solu-
sich dort bis zur Ernte in hoher Konzentration eine erfolgversprechende Alternative. Auch die
Abb.: Cellab GmbH
tions for Cell Therapy Production Bioprocess Internatio-
an. Dadurch können sich die nachfolgenden Proteinproduktion profitiert von den Hohlfaser- nal 10(5)s
[2] Szczypka M. et al., 2014, Single-Use Bioreactors and
Downstream-Prozesse wie die Proteinaufrei- Bioreaktor-eigenen Charakteristika, indem sie Microcarriers Scalable Technology for Cell-Based Thera-
nigung deutlich beschleunigen. nicht nur effektiver und effizienter abläuft, son- pies, Bioprocess International 12(3)
IV | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018
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Transfektion
Viromere für effiziente Transfektion
Big Data? – Kein Problem!
Dr. Alexander Wolf, Helmholtz Zentrum München, Deutsches
Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Neuherberg
Während sich die NGS-Technologie und der NGS-Markt rasant entwickeln, hat sich die Analyse
und Interpretation von NGS-Daten als einer der komplexesten Aspekte herausgeschält. Ein
Knackpunkt hierbei ist die tertiäre Analyse, die „Interpretation“ der Information. Mit Scanpy
haben Alexander Wolf, Philipp Angerer und Fabian Theis vom Helmholtz-Zentrum München
kürzlich ein Programm vorgestellt (doi: 10.1186/s13059-017-1382-0), das die tertiäre Analyse
so schnell wie kein anderes durchführen kann. Die Chancen stehen gut, dass Scanpy als
Auswertesoftware beim Human Cell Atlas-Projekt zum Einsatz kommt.
Jetzt auch lyophilisiert
biologischen Prozesse und relevanten Genen.
Dr. Dr. Mit welcher experimentellen Technologie die
Alexander Wolf Primärdaten gewonnen wurden, ist dafür üb-
ist Teamleiter für rigens unerheblich – genauso, welche Art von
Maschinelles Ler- Probe untersucht wurde. Es ist aber so, dass es im Cell Counting
nen am Institute of Bereich Einzellzellanalyse einige algorithmische
Computational Bio- Lösungen gibt, die sich als besonders relevant LunaTM fl Automated Cell Counter
logy des Helmholtz- herausgestellt haben, um Aussagen zu Dosis-
Zentrums München Wirkung-Beziehungen, zu Entwicklungsprozes-
sen oder zu Krankheitsverlaufprozessen treffen
zu können. Hier spielt Scanpy seine Stärken aus.
LABORWELT Wenn man Daten mit Einzelzellauflösung vorlie-
Was ist Scanpy und vor allem, was kann gen hat, kann man wunderbar undifferenzierte
Scanpy? und differenzierte Zellen oder gesunde und
Krebszellen miteinander vergleichen.
Wolf Wenn man alle Zellen des Human Cell Atlas
Scanpy ist die erste Software, die eine umfäng- kartografieren möchte, braucht man Program-
Dual Fluorescence & Bright Field
liche Analyse sehr großer Genexpressionsda- me wie Scanpy. Im Gegensatz zu bestehenden
tensätze mit einem breiten Spektrum aus Me- quelloffenen Programmen, ist Scanpy über-
thoden des maschinellen Lernens und Statistik haupt erst in der Lage, die anfallenden Daten-
erlaubt. Mit Scanpy decken wir den Bereich der mengen zu verarbeiten. Nur die kommerzielle
tertiären Sequenzdaten-Analyse ab. Die primäre Lösung der US-Firma 10x Genomics bietet eine, Digital Mikroskop
Analyse ist die eigentliche Sequenzierung, also allerdings um ein Vielfaches langsamere, Alter-
die Bestimmung der Basenfolge der vielen kur- native. Wir wurden deshalb in den kommenden CELENATM Digital Cell Imaging System
zen Erbgut-Moleküle. Die sekundäre Analyse ist Wochen für eine Vorstellung beim Human Cell
das „Read Mapping“ – also die rechenintensive Atlas eingeladen. Übrigens beschreiten wir auch
Zuordnung der einzelnen Fragmente zu einem technologisch neue Wege: Während entspre-
Referenzgenom. Die tertiäre Analyse meint chende Biostatistik-Software traditionell in
die algorithmische „Interpretation“ der Ge- der Programmiersprache R geschrieben wurde,
nexpressionsmatrizen, also insbesondere die basiert Scanpy auf der Sprache Python, die die
Identifikation von Zelltypen, Zellsubgruppen, Machine Learning Community dominiert.
Blitzschnell
von der Bildaufnahme
zur einfachen Datenanalyse
Abb.: Helmholtz-Zentrum München
Visualisierung von Genexpressionsmustern muriner Gehirnzellen mit Scanpy
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Anwendungen werden robuster und Ausfallrisiken eliminiert.
Das EchoLUTION Spin-Säulen-Verfahren funk- Lipasen werden so gewählt, dass eine vollstän- Zur Trennung der Nukleinsäure von zellulären
tioniert unter physiologischen Bedingun- dige Freisetzung der DNA in kürzester Zeit ge- Bestandteilen sowie von Prozess-Komponen-
gen, ohne denaturierende Salze und Etha- währleistet ist. Im Gegensatz zu EchoLUTION ten (Enzyme, Salze, Detergenzien) wird das Ly-
nol – also Reagenzien, die in herkömmlichen findet bei bisherigen Methoden eine Bindung sat auf die BioEcho-Spinsäule geladen und mit
Silica-basierten Bind–Wash–Elute-Verfahren an eine Silica-Matrix in einem denaturierenden nur einem Zentrifugations-Schritt prozessiert.
Anwendung finden, bis in die DNA-Fraktion Milieu bei 7 M Guanidinium-Hydrochlorid statt. Die proprietäre Matrix wird je nach Probentyp
verschleppt werden können und zur Inhibiti- Unter diesen Bedingungen sind diese Metho- so eingestellt, dass alle Proben- und Prozess-
on enzymatischer Schritte wie der PCR bis hin den auf nur ein kommerziell verfügbares Enzym komponenten – und damit mögliche Inhibitoren
zum vollständigen Ergebnis-Ausfall führen. und damit auf ein enges Substratspektrum an- späterer enzymatischer Analysen – vollständig
gewiesen: die Proteinase K. Das optimierte Sub- zurückgehalten werden. Die DNA passiert unge-
stratspektrum der TurboLyse-Enzyme im neut- hindert die chromatographische Trennstrecke
Schnelle Lyse biologischer Proben ralen Milieu hingegen führt zu einer schnelleren und befindet sich nach der Zentrifugation hoch-
Lyse bei gleichzeitiger effizienter Unterdrü- rein, entsalzt und gepuffert im Auffanggefäß.
Die Echolution-Technologie startet mit der Ly- ckung nukleolytischer Aktivitäten. So ist die DNA bleibt ohne jede Adsorption über den ge-
se der Zellen beziehungsweise des Gewebes un- Lyse bei den meisten Gewebetypen (Epithel-, samten Prozess in Lösung und erfährt nur mini-
ter nativen, wässrigen Bedingungen. Die für den Binde-, Nerven- und andere fettreiche Gewe- male Scherkräfte.
jeweiligen Probentyp bestgeeigneten lytischen be) nach 15 Minuten abgeschlossen und bei fila- Das patentierte EchoLUTION-Verfahren stellt
Aktivitäten (TurboLyseTM) wie Proteasen oder mentösen Proben nach spätestens 30 Minuten. sicher, dass DNA mit hoher mittlerer Kettenlän-
ge erhalten wird. Durch die maximale Reinheit
werden Nachweisreaktionen wie die qPCR deut-
lich sensitiver und zuverlässiger als zuvor. Die
Abbildung zeigt ein typisches qPCR-Ergebnis:
die EchoLUTION-DNA wird mit einer um 1 bis
5 reduzierten Zyklenzahl (Ct) detektiert. Dies
stellt eine signifikante Verbesserung der Sen-
sitivität gegenüber dem aktuellen Stand der
Technik dar. Die Entwickler von BioEcho sind
sich sicher, dass die EchoLUTION-Extraktion
eine Bereicherung des molekularbiologischen
Methodenspektrums darstellt. Zudem ist das
Verfahren nachhaltig: 70% weniger biomedi-
zinischer Plastikmüll, kein organischer Abfall,
deutlich reduziertes Verpackungsvolumen.
Kontakt
Verbesserte Sensitivität bei Echtzeit-PCR. Genomische DNA aus je 5 mg Maus-
schwanzgewebe wurde mittels Echolution Tissue DNA Micro-Kit (BE) und einem Dr. Frank Schäfer, BioEcho Life Sciences
gängigen Silica-Kit (Q) gereinigt und in den angegebenen Verdünnungen in qPCR- GmbH, Biocampus Cologne
Abb.: BioEcho
Reaktionen (HOX D9 Amplikon) eingesetzt. Die Tabelle zeigt die zugehörigen Ct- frank.schaefer@bioecho.de, www.bioecho.de
Werte sowie die Differenz bei den jeweiligen Verdünnungen. Tel.: +49 (0)221-998-897-0
VI | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018
32_LW1_18_06_Advertorial_Bioecho.indd 6 22.02.2018 10:52:03 Uhr
Celltron –
Neue Optionen dank
Hightech-Polymeren Ihr Einstieg
Dr. Monika Burbach, Biozym Scientific GmbH, Hessisch
Oldendorf; Bettina Weber, Lipocalyx GmbH, Halle (Saale) in die
Eine neue Generation von Reagenzien erhöht die Transfektions-
effizienz bei einer Vielzahl von Zelltypen. Daten für mehr als 160
verschiedene Zelltypen sind bereits verfügbar. geschüttelte
Zellkultur.
Die Transfektion beschreibt eine Reihe unterschiedlichster Metho-
den, mit denen man fremde Nukleinsäuren in eukaryotische Zellen
einbringen kann. Die Lipocalyx GmbH, ein in Deutschland ansässiger
Spezialist auf dem Gebiet des Nukleinsäure-Delivery, hat eine neue
Generation synthetischer Transfektionsreagenzien entwickelt, die auf
Hightech-Polymeren basieren. Der Transfektionsmechanismus imitiert
die Aufnahme des Influenzavirus und damit einhergehend auch das
aktive Ausschleusen der Transfektionspartikel aus den Endosomen.
So wird die Transfektionseffizienz bei Nutzung des sogenannten Viro- Die Celltron ist ein speziell für den Einsatz in
mer® bei einer Vielzahl schwer transfizierbarer primärer Zellen wie bei-
spielsweise Makrophagen oder Kardiomyozyten, aber auch Zelllinien CO2-Brutschränken entwickelter Kleinschüttler,
wie RAW 264.7 Makrophagen oder C2C12 Myoblasten deutlich erhöht. der mit minimalem Energieverbrauch und
Da sich alle Zelltypen auf ihre Weise unterschiedlich verhalten, kann
eine geplante Transfektion auch schnell zu einer Herausforderung antimikrobieller Beschichtung für einen idealen
werden. In den meisten Fällen ist das optimierte Protokoll für einen
bestimmten Zelltyp nicht zwangsläufig ohne Adaption übertragbar. Start der Zellkultur sorgt.
Um überhaupt Partikel aus der Umgebung aufnehmen zu können, ist
zunächst einmal für alle zu transfizierenden Zellen das Vorhandensein
von ungerichteter Endozytose die Grundvoraussetzung. Die Optimie-
rung der In-vitro-Transfektion erfolgt dann in vier Schritten:
l Fokus auf das Wachstum der betreffenden Zellen: Optimale Vor-
aussetzungen ergeben sich bei einer Zellkonfluenz von 60–80% am
Tag der Transfektion.
l Variation der Menge an Transfektionskomplexen, die auf die Zellen
gegeben werden: Das Verhältnis von Viromer zu Target (DNA oder
RNA) bleibt hierbei immer konstant.
l Variation des Verhältnisses von Viromer zu Target: Das ermöglicht
bei beispielsweise größeren Plasmiden (>8kb) eine bessere „Verpa-
ckung“ durch mehr Transfektionsreagenz.
l Variation der Inkubationszeit: Ausschlaggebend hierfür ist vor allem
der Turnover des betreffenden Proteins – sowohl bei Expressions-
als auch bei Knock-down-Studien – der den optimalen Zeitpunkt
der Analyse bestimmt. Der Standardwert beträgt zwischen 24–72h
(abhängig von der Readout-Methode).
Bei Einsatz eines neuen Zelltyps oder Targets ändern sich die Transfek- ERFAHREN SIE MEHR: www.infors-ht.de/celltron
tionskonditionen zwangsläufig, so dass es immer empfehlenswert ist, Schüttler | Bioreaktoren | Plattform-Software für Bioprozesse
eine neue Optimierungsrunde durchzuführen. Weitere Informationen www.infors-ht.com
zur Transfektion von mehr als 160 verschiedenen Zelltypen sind auf
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Dt. Ver. Gesell. f. Deutsche Gesellschaft
Wissensvorsprung mit Qualitätssiegel
für Klinische Chemie
Klinische Chemie und Im Oktober 2017 startete die Diagnostik Vordergrund. Aber auch Aspekte hinsichtlich
und Laboratoriumsmedizin e.V.
Laboratoriumsmedizin
e.V. (DGKL) www.dgkl.de Akademie ihr auf den Bedarf der In-vitro- der Qualitätsanforderungen an IVD außerhalb
Diagnostik (IVD) zugeschnittenes Seminar- der EU spielen eine wichtige Rolle. Daher bietet
Deutsche Gesellschaft programm. Den Auftakt bildete ein Workshop die Diagnostik Akademie 2018 vor allem auch
für Proteomforschung zur im Mai 2017 in Kraft getretenen EU- zu diesen Themen Seminare an. Die geplanten
www.dgpf.org Verordnung über IVD. Daran nahmen mehr Veranstaltungen im Einzelnen:
als 40 Vertreter aus dem Bereich Qualitäts-
BIO Deutschland management teil, um sich über den neuen l 14. März | Internationales Qualitätsmanage-
Rechtsrahmen zu informieren und mit Exper- ment
www.biodeutschland.org ten Lösungsansätze zu diskutieren. Die Teil- l 17. April | Leistungsbewertung & Klinische
nehmer nutzten zudem ausgiebig die Chance, Studien
Deutsche Gesellschaft sich über Unternehmensgrenzen hinweg zu l 17. Mai | Qualitätsmanagement & Soft-
für Hygiene und vernetzen und auszutauschen. Aufgrund der ware
Mikrobiologie (DGHM)
www.dghm.org künftig geltenden höheren Anforderungen l 7. Juni | Projektmanagement
rücken für Diagnostik-Hersteller – intensiver l 30. August | Risikomanagement
bts (Biotechnologische als bisher – Themen wie Leistungsbewertung l 22. November | Arbeitsrecht
Studenteninitiative e.V.) und klinische Studien, Qualitätsmanagement
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ÖRRG
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Gesellschaft für
Einladung zum Kamingespräch im Norden
Signaltransduktion
Die nächsten Kamingespräche der Österrei- Luftbefeuchtung dargestellt werden. Das zwei-
www.sigtrans.de chischen Reinraumgesellschaft (ÖRRG) finden te Highlight der Reise ist der Besuch des Camfil
im Norden Deutschlands statt. In Norderstedt Experience Center in Reinfeld, wo interaktiv und
Gesellschaft für erwartet die Teilnehmer am 17. und 18. April multimedial die Wichtigkeit der Luftqualität in
Pharmakologie
und Toxikologie das neue Logistik- und Produktionswerk der Gebäuden erlebbar gemacht wird. Die Kosten
www.dgpt-online.de Schweizer Condair-Gruppe, einem Spezialisten für Flug und Übernachtung sind von den Teil-
für Luftbefeuchtungsanlagen. Dort wurden nehmern selbst zu tragen, die restlichen Kosten
Nationales Genom- moderne Technologien wie Geothermie, Hybrid- (Verpflegung, Transport) werden von der ÖRRG,
forschungsnetz
kühldecken, Photovoltaik und eine CO2-Einspa- Condair und Camfil übernommen.
www.ngfn.de rung implementiert. Ebenfalls interessant: Auf
Hologrammen können alle Technologien für die Kontakt: michael.baumgartner@oerrg.at
Deutsche Gesellschaft
für Neurogenetik
www.hih-tuebingen.de/dgng/ DGHM
Netzwerk Nutrigenomik
Highlights beim DGHM-Kongress
www.nutrigenomik.de Der Jubiläumskongress der Deutschen und kann sie so zerstören. Am Beispiel von
Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie Schleimhautzellen des Mundes konnten die
DiagnostikNet-BB
(DGHM) e. V. im Februar ist Geschichte. Zu den Wissenschaftler diesen Mechanismus nach-
Highlights der 70. Jahrestagung gehörte die weisen. Solche oralen Infektionen mit Candida
www.diagnostiknet-bb.de Vorstellung aktueller Entwicklungen im Bereich albicans sind extrem häufig bei HIV-Patienten,
Mykotische Erkrankungen und Wirtssuszep- aber auch bei sehr jungen und alten Menschen
Verband der
Diagnostica-Industrie e.V. tibilität. Kongresspräsident Prof. Dr. Jan Buer mit einem schwachen Immunsystem.“ Buer
zeigte sich hier beeindruckt: „Der Arbeitsgruppe ist am Institut für Medizinische Mikrobiologie
www.vdgh.de von Julian Nagli vom King’s College in London am Universitätsklinikum Essen tätig. Neben
ist es in Zusammenarbeit mit deutschen Wis- ihm gehörten noch Prof. Dr. Sören Gatermann,
Österreichische
Reinraumgesellschaft senschaftlern gelungen, bei Candida albicans, Abteilung für Medizinische Mikrobiologie der
(ÖRRG) einem Kommensal der normalen menschli- Ruhr-Universität Bochum, und Prof. Dr. Frauke
www.oerrg.at
chen Flora, das aber auch lebensgefährliche Mattner, Institut für Hygiene der Kliniken der
Österreichische Ges.
Infektionen hervorrufen kann, wenn der Wirt Stadt Köln gGmbH, zum Kongresspräsidium.
f. Laboratoriums- ein geschwächtes Immunsystem hat, ein Gift
medizin & Klinische Chemie nachzuweisen. Das Toxin, das Candidalysin, Kontakt:
www.oeglmkc.at
bildet an der Membran der Wirtszelle Löcher kerstin.aldenhoff@conventus.de
VIII | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018
34_LW1_18_08_Verbaende.indd 8 22.02.2018 10:52:58 Uhr
Interview Zellanalyse/Screening
Raman-Fingerabdrücke
auf dem Weg in die Klinik
Mit Raman-Spektroskopie können Analysen von biologischen Proben mit hoher Auflösung und
hoher Spezifität gemacht werden. Trotzdem ist die Technologie nur selten in Forschungsla-
boren anzutreffen. LABORWELT sprach mit dem Spektroskopie-Experten Christian Matthäus
vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien über die Vor- und Nachteile der Methode
und über mögliche klinsiche Anwendungen.
LABORWELT Matthäus
Worin unterscheidet sich die Raman- Das Verfahren ist nicht zerstörend und funkti-
Spektroskopie von der Fluoreszenzspekt- oniert ohne zusätzliche Markierungen. Zudem
roskopie? tragen alle Bestandteile von Zellen und Ge- Dr. Christian Matthäus
weben zu den Raman-Spektren bei. Dadurch arbeitet in der Abteilung Spektroskopie
Matthäus können Informationen gewonnen werden, wie und Bildgebung des Leibniz-Institutes
Bei einer Anregung, die Fluoreszenz zur Fol- sie durch keine andere Spektroskopietechno- für Photonische Technologien e.V. in Jena
ge hat, wird immer ein Elektron von einem nolgie ermittelt werden können. (Leibniz-IPHT). Bereits seit seiner Doktor-
Orbital in ein anderes transportiert. Verlässt arbeit in den USA in den frühen 2000er
das Elektron dieses Orbital, emittiert es Licht. LABORWELT Jahren beschäftigt sich Matthäus mit der
Dessen Auswertung erlaubt qualitative und Aber es gibt Nachteile … Infrarot- und Raman-Spektroskopie von
quantitative Aussagen über die untersuchte eukaryotischen Zellen und Geweben. Seit
Substanz. Bei der Raman-Spektroskopie wird Matthäus 2009 forscht er in der Arbeitsgruppe von
kein elektronischer Übergang angeregt, son- Gerade die Komplexität der sogenannten Prof. Jürgen Popp am Leibniz-IPHT und an
dern ein Schwingungszustand. Ein Photon spektralen Fingerabdrücke macht die Auswer- der Friedrich-Schiller-Universität Jena.
trifft auf ein Molekül und transferiert einen tung aufwendig. Die Datensätze sind riesig
Teil seiner Energie in dieses Molekül. Dass ein und die Datenanalyse der Raman-Spektren
Photon dies schafft, ist allerdings ein äußerst ist ein langwieriger Prozess. Daher wird an
seltenes Ereignis. Von einer Million Photonen vielen Methoden gearbeitet, die Komplexität fen. Vielversprechend ist die Kombination mit
ist es nur ein einziges. Diese durch die Energie- zu verringern ohne dabei die Aussagekraft zu einem für die Gewebedarstellung besonders
abgabe veränderten Photonen zählen wir. Das schmälern. Verfahren wie die Resonanz-Ra- geeignetem Lichtmikroskop, zum Beispiel
ist die Raman-Spektroskopie. man-Streuung und die oberflächenverstärkte einem Multiphotonenmikroskop.
Abb.: Christian Matthäus
Raman-Streuung verstärken die Signale und
LABORWELT führen zu weniger komplexen Spektren. Ein LABORWELT
Wo liegen die Vorteile bei der Analyse von anderer Weg ist, die Raman-Spektroskopie mit Welche Gewebe eignen sich besonders gut
biologischen Proben? anderen Bildgebungstechnologien zu verknüp- für eine Untersuchung?
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Zellanalyse/Screening Interview/Produktwelt
Matthäus hängt immer ein bisschen davon ab, welche Promocell GmbH
Wenn fluoreszierendes Gewebe in der Nähe ist, Moleküle oder Molekülgruppen von Interesse
dann wird es schwierig, die Raman-Strahlung sind. Zytosol, Zellkern und Mitochondrien sind Große Auswahl an
zu detektieren. Farbintensive Gewebe wie die aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammen-
Leber sind daher herausfordernd und müssen setzung einfach zu unterscheiden. Schwierig, zellbasierten Assays
unter Umständen durch höhere Laserleistung aber nicht unmöglich, wird es, wenn man auf
gebleicht werden. Bei beispielsweise Gehirn und subzellulärer Ebene bestimmte Biomoleküle de- Unter der Marke PromoKine bietet die Promocell
Haut ist die Anwendung deutlich einfacher. tektieren will. Hier kommt es auf das Molekül an. GmbH eine Vielzahl an Kits und Reagenzien zum
Resonanz-Raman funktioniert zum Beispiel gut sensitiven und schnellen Nachweis von Zellvia-
LABORWELT bei Chromophoren. Im Prinzip geht es darum, bilität/Zellproliferation, Zytotoxizität, Nekrose/
Gibt es schon eine klinische Anwendung der ein in der Probe vorliegendes, fluoreszierendes Apoptose sowie Signaltransduktion, Seneszenz,
Raman-Spektroskopie? Molekül anzuregen, Raman-Strahlung zu emit- Zellstress und Zellmetabolismus an.
tieren. Es gibt die Möglichkeit, Raman-Strahlung Die PromoKine Colorimetric Cell Viability-
Matthäus mit Elektronenübergängen zu koppeln. Es wird Kits basieren auf der Reduktion verschiedener
Zirka 90% der medizinischen Anwendungen also eine Schwingung und ein Elektronenüber- Tetrazolium-Salze (MTT, XTT, WST-1 & WST-8),
sind bisher Machbarkeitsstudien. Aber für die gang angeregt. Mit dieser Technik kann zum während die Fluorometric Cell Viability-Kits
Zukunft sehe ich hier großes Potential. Wir Beispiel Cytochrom C in der lebenden Zelle ohne Resazurin beziehungsweise Calcein-AM in fluo-
selbst stehen kurz vor einer zugelassenen zusätzliche Markierungen beobachtet werden. reszierende Verbindungen umwandeln. Mit den
Anwendung. Derzeit laufen zwei klinische Neben Enzymen, die mit Metallatomen oder Bioluminescent Cell Viability-Kits kann die ATP-
Studien mit dem von unserem Institut miten- -ionen komplexiert sind, können mit Resonanz- Produktion als Marker der Zellviabilität mittels
twickelten System Hemospec. Es besteht aus Raman auch Moleküle mit konjugierter Dop- eines Luziferase-Assays bestimmt werden.
einem kleinen Mikrofluidikchip, auf den das Blut pelbindung detektiert werden. Carotinoide
aufgetragen wird, und einem Lesegerät in Fern- wären hier ein gutes Beispiel. Für Moleküle,
bedienungsgröße. In den Studien mit 80 bezie- welche in die Zelle aufgenommen werden, wie
hungsweise 183 Teilnehmern wird die Fähigkeit zum Beispiel Lipide, kann man stabile Isotopen
des Tests untersucht, Sepsis-Patienten schnell (Deuterium u.a.) einsetzen. Sie verschieben das
und verlässlich zu erkennen. Eines der Module Raman-Signal der Streckschwingungen der
von Hemospec ist ein Sepsis-Modul. Im Prinzip Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen erheblich
handelt es sich hier um einen Leukozytentest. – in einen Bereich in dem biologische Moleküle
Aus ein bis zwei Milliliter Blut des Patienten normalerweise keine Banden aufweisen. Die
isoliert Hemospec die weißen Blutkörperchen chemischen Eigenschaften bleiben bei dieser
und fertigt von ihnen Raman-Spektrogramme Art der Markierung jedoch unverändert.
an. Inklusive automatisierter Auswertung und
statistischer Interpretation dauert das ganze LABORWELT
maximal 40 Minuten. Dann kann der Arzt Sie hatten bereits Hemospec erwähnt. Wel-
anhand des Raman-Fingerabdrucks der Leuko- che anderen Anwendungen außerhalb der
zyten erkennen, ob eine Entzündung oder eine Grundlagenwissenschaft sind denkbar?
Infektion vorliegt. Sogar die Klasse des Krank- Die Zellproliferationskits von PromoKine ba-
heitserregers kann grob bestimmt werden. Matthäus sieren auf zum Beispiel CFSE, DNA-bindenden
Die Biotech- und Pharmaindustrie könnte die Fluoreszenzfarbstoffen oder EdU-Konjugaten
LABORWELT Raman-Spektroskopie intensiver nutzen. Zell- und erlauben eine Detektion und Quantifizie-
Was kann mit dieser markerfreien Methode metabolismus, Aufnahme von Wirkstoffen, rung der Zellteilung über Fluoreszenzmikroskop,
auf Zellebene unterschieden werden? Drug-Delivery-Systeme etc. – dieses Feld ist mei- Durchflusszytometer oder Mikroplatten-Photo-
nes Erachtens noch nicht vollständig beackert. meter. Die Zytotoxizitätsassays quantifizieren
Matthäus Da ist noch viel zu erwarten. Zielsetzung ist, was den Anteil toter Zellen kolorimetrisch, fluoro-
Für die Bildgebung von Zellen ist die Raman- unser Institut angeeht, die klinischen Anwendin- metrisch oder luminometrisch über die Menge
Spektroskopie grundsätzlich gut geeignet. Es gen so weit zu treiben wie möglich. an freigesetzter Laktatdehydrogenase (LDH)
beziehungsweise Adenylatkinase (AK) – oder
über Bindung von Farbstoffen wie Neutralrot,
Kristallviolett oder Sulforhodamin B.
Dem Angebot der Zellmetabolismus/Zell-
stress-Kits werden momentan zahlreiche Assays
Abb.: Promocell (rechts), Hemospec/youtube.com (unten)
für die Forschung in den Bereichen Onkologie,
Diabetes, Adipositas und kardiovaskuläre Krank-
heiten zugefügt. Detaillierte Informationen gibt
es unter www.promokine.info/cell-analysis und
www.promokine.info/apoptosis.
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Schematische Abbildung des Hemospec-Mikrofluidik-Chips www.promokine.info
X | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018
35-36_LW1_18_09-10_Interview.indd 10 23.02.2018 12:38:01 UhrProduktwelt Zellanalyse/Screening
Sarstedt AG & Co. KG CEM GmbH
Cell Imaging – die Zellen im Fokus Prämierte Festphasen-
Ganz gleich ob fluoreszenz- oder lichtmikros- Peptidsynthese
kopische Analysen an lebenden oder fixierten
Zellen, Parallelanalysen oder Einzeluntersuchun- Das Liberty Blue als Mikrowellen-Peptid-
gen durchgeführt werden sollen – die Vielfalt Synthesizer der 2. Generation ermöglicht in
der Sarstedt lumox®- und x-Well-Produkte wenigen Stunden die schnelle Synthese von
bietet ideale Lösungen für bestmögliche Ergeb- reinen Peptiden und schwierigen Sequenzen.
nisse bei Cell-Imaging-Versuchen. Die Vorteile Im Vergleich ist das neue System:
der x-well-Zellkulturkammern im Überblick: l noch schneller. Nur 4 min Zykluszeit er-
l erhältlich mit Objektträgern aus PCA, Glas, möglichen die Synthese in Stunden statt in
Deckglas oder lumox-Folie, Tagen.
l zeiteffiziente Durchführung aller Schritte l noch sparsamer. Bis zu 90% Einsparung an
von histologischen und Fluoreszenzfärbun- Lösungsmitteln erhöht den Umwelt- und
gen in den x-Well-Zellkulturkammern und Arbeitsschutz – und spart Geld.
l kosteneffiziente Durchführung von Ex- 24-, 96- und 384-Well-Zellkulturplatten mit l noch universeller – von Kleinstmengen für
perimenten aufgrund kleiner Komparti- lumox-Folienboden (50 µm) sind für fluores- die PNA-Synthese bis zu 5 mmol.
mentierung (Reduzierung der Zellzahl und zenzmikroskopische Analysen konzipiert. Die l noch flexibler – zum Beispiel 27 Positionen
Reagenzien). Schalen mit Folienboden (25 µm) eignen sich für Reagenzien, Umbenennen von Reagen-
l Bei den mit „ablösbar“ gekennzeichneten für weitere Anwendungen wie zum Beispiel die zien.
Produkten lässt sich die Kammer ohne Elektronenmikroskopie, bei denen der Boden l noch einfacher. Intuitive Software erleich-
Werkzeug so ablösen, dass keine Kleberück- ausgeschnitten werden muss. Details sind tert das Programmieren von Sequenzen. Die
stände auf dem Objektträger verbleiben. abrufbar unter www.sarstedt.com. einfache Technik mit wenigen Ventilen und
Bei den lumox multiwell & dish-Produkten Sensoren vereinfacht den Service.
sorgt der gasdurchlässige, hochtransparente Sarstedt AG & Co. KG l noch informativer – Beobachtung der Reak-
Folienboden für ausgezeichnete Ergebnisse Sarstedtstraße 1, 51588 Nümbrecht tion mit der Kamera.
bei mikroskopischen Analysen von leben- Tel.: +49 (0)2293-305-0 Mit der typischen Synthesezeit von wenigen
den und fixierten Zellen. Die schwarzen info@sarstedt.com Stunden ist das Liberty Blue eine Alternative zu
Parallel-Synthesizern. So wird beispielsweise
das 76mer-Peptid Ubiquitin mit >60% Reinheit
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Üblicherweise werden mononukleare Zellen was zur Blockierung von Zellrezeptoren oder gar 47475 Kamp-Lintfort
(PBMCs) mittels Dichtegradientenzentrifuga- zu einer Zellaktivierung führen kann. Tel.: + 49 (0)2842-964 40
tion aus Vollblut isoliert. Für Subpopulationen, FABian, die nicht-magnetische Affinitätschro- Fax: + 49 (0)2842-964 411
wie T- und B-Zellen, stehen Magnetbead-basier- matographie Fab-TACS® (Traceless Affinity Cell info@cem.com
te Systeme zur Verfügung, welche mit Hilfe von Selection) von IBA Lifesciences, bietet die Vor- www.peptid-synthese.de
Antikörpern die Zielzellen binden. Diese Positiv- teile einer Positiv-Selektion, verzichtet jedoch
Selektionen liefern im Regelfall die besten Rein- auf die Verwendung von irreversibel bindenden
heiten der isolierten Zellpopulation, haben aber Antikörpern. CD-spezifische, niedrigaffine
auch gravierende Nachteile: So ist die Bindung Fab-Fragmente binden reversibel an Zielzellen,
der hochaffinen Antikörper nahezu irreversibel, welche anschließend über das Strep-tag®:Strep-
Tactin®-System schonend isoliert werden. Unter
der Verwendung der Fab-TACS-Technologie
bietet FABian ein vollautomatisiertes Stan-
dardverfahren zur Zellisolation, welches die
derzeit üblichen Verfahren überflüssig macht.
PBMC-ähnliche Zellpopulationen, T- und B-
Zellen lassen sich dadurch mit hohen Ausbeuten
und großer Reinheit direkt aus Vollblut oder
Abb.: Sarstedt (oben), IBA (links), CEM (rechts)
Buffy Coat isolieren. Dabei liefert FABian nicht-
aktivierte, reagenzienfreie Zielzellpopulationen,
deren Vitalität neue Maßstäbe setzt.
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19. Jahrgang | Nr. 1/2018 | XI
37_LW1_18_11_Produkte.indd 11 21.02.2018 15:47:43 UhrAusblick
Gesundheit Vorschau Heft 2/2018
Auch Atem kann Grippeviren übertragen
doi: 10.1073/pnas.1716561115) zufolge reicht
Ausatmen bereits aus, um Grippeviren zu
verbreiten. Besonders in den ersten Krank-
heitstagen sollen Grippepatienten infektiöse
Aerosole in die Luft abgeben, welche dann
über kurze Distanzen auf die Schleimhäute
anderer Menschen übertragen werden.
Die Forscher untersuchten 142 Patienten
mit einer Influenza-Infektion. Sie nahmen am
ersten, zweiten und dritten Tag nach Ausbruch
Um Grippeviren nicht weiter zu übertra- der Grippe-Symptome Proben der Influenza-
gen, halten infizierte Patienten am besten Aerosole während die Probanden atmeten,
Abstand von gesunden Menschen. Denn sprachen, husteten und niesten. Anschließend Themen
Tröpfcheninfektionen verbreiten sich schnell. bestimmten sie, wie infektiös die Tröpfchen wa-
Bislang ging man davon aus, dass die virusbe- ren. 11 aller 23 Aerosolproben, die ohne Husten Analytica 2018
ladenen Partikel hauptsächlich über Niesen oder Niesen gesammelt wurden, enthielten
oder Husten weitergegeben werden. Doch virale RNA. Darunter wiesen die Forscher in acht Das nächste LABORWELT-Spezial wird wie
einer kürzlich veröffentlichten Studie (PNAS, der elf Proben infektiöse Viren nach. gewohnt in den Händen – und Köpfen – der
Teilnehmer der diesjährigen Analytica sein.
Dort kommen Gerätehersteller, Laborana-
Axolotl-Forschung Genetik lytiker, Wissenschaftler und Anwender
zusammen, um neue Entwicklungen rund
Genom geknackt Saure Sinne um Themen wie DNA-, RNA- und Protein-
analytik, 3D-Druck oder die Prozessdigitali-
sierung aufzusaugen. Erscheinungstermin
Verliert der kannibalistisch veranlagte Was hat saurer Geschmack mit dem des Spezials ist der 29. März 2018. Beiträge
mexikanische Axolotl ein Körperteil, wächst Gleichgewichtssinn zu tun? Eine ganze Menge, können bis 12. März 2018 eingereicht werden
innerhalb weniger Wochen ein perfekter wie Forscher aus den USA herausfanden (Sci- (Redaktionskontakt: m.laqua@biocom.de).
Ersatz mit Knochen, Muskeln und Nerven an ence, doi: 10.1126/science.aao3264). Denn das
den richtigen Stellen nach. Hinweise, wie der Gen Otopetrin 1 führt nicht nur dazu, dass in
Wunder-Lurch das macht, hoffen Wissen- den Geschmackszellen Protonenkanäle entste- Termine
schaftler im Genom zu finden. Erstmals hat hen, sondern ist auch für die Bildung winziger
ein Team von Forschern aus Wien, Dresden Ohrsteinchen im Mittelohr verantwortlich. Die Werbekunden bietet diese Ausgabe, beglei-
und Heidelberg nun alle Teile des gigantischen Steinchen sorgen durch ihre träge Masse und tend zum redaktionellen Inhalt, eine ideale
Erbsubstanz-Puzzles des Axolotls entschlüs- ihre Gewichtskraft für die Wahrnehmung von Plattform für ihre Anzeigen. Reservieren Sie
selt (Nat. doi:10.1038/nature25458). Schwerkraft und Beschleunigung. Ihren Werbeplatz bis spätestens 12. März
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(Tel.: +49-30-264921-45, E-Mail: o.schnell@
Aus der laborwelt.de-Galerie
Abb.: American Society for Microbiology (unten), pxhere.com (oben), science photo/fotolia.com (rechts)
biocom.de) und Christian Böhm (Tel.: +49-
30-264921-49, c.boehm@biocom.de).
Bakterium produziert Gold
Das Bakterium C. metallidurans kann dort
leben, wo es anderen Organismen zu giftig Impressum
ist: in der Umgebung von Schwermetallen.
LABORWELT (ISSN 1611-0854)
Der Trick des Winzlings: Er kann die Konzen- erscheint 5-mal im Jahr im Verlag der
tration der Metallverbindungen regulieren BIOCOM AG
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erkennen. Welche molekularen Prozesse
Redaktion
genau ablaufen, haben Forscher der Martin- Dr. Martin Laqua, Tel.: 030/264921-68
Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) Titelbild: tilialucida/fotolia.com
und der Technischen Universität München Namentlich gekennzeichnete Beiträge stehen in der inhaltlichen
(TUM) herausgefunden (M etallomics, doi: Verantwortung der Autoren. Alle Beiträge sind urheberrechtlich
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