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LABORWELT Nr. 4 / 2014 – 15. Jahrgang

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VE

Zellbasiertes Screening: Lieber 3D- als 2D-Assays?

Thomas Gabrielczyk, Redaktion LABORWELT Der Weg von der Identifizierung eines krankheitsrelevanten Signalweges bis hin zu einem fertigen Medikament ist teuer, langwierig und voller Hürden. Kumulierten Kosten von einer Viertelmilliarde Euro und Entwicklungszeiten von durchschnittlich zehn bis zwölf Jahren steht eine für Arzneimittelentwickler stets zu geringe Erfolgsquote gegenüber – aus dem Primärscreening von einer Million Naturstoffen geht durchschnittlich nur ein einziges Medikament hervor. Der Zwang zu größerer Wirtschaftlichkeit fördert den immer häufigeren Einsatz von zellbasierten Testsystemen in der Pharmaindustrie. Grund: Die vor allem im frühen Entwicklungsprozess eingesetzten zellbasierten Testsysteme gestatten einen höheren Durchsatz als die klassischen Tierversuche und bieten dadurch eine ethisch unbedenkliche und zugleich wirtschaftliche Alternative zu Tiermodellen, wo diese ersetzt werden können. Rund um die Analyse von Signalwegen, der Zellproliferation und der Rezeptorwirkung hat sich ein wachsender Markt entwickelt, dem konservative Marktforscher ein jährliches Wachstum von rund 10% auf rund 1,6 Mrd. US-$, waghalsigere auf 4,7 Mrd. US-$ bis 2018 voraussagen.

Neben dem Drug Screening und den präklinischen ADMET-Untersuchungen (Absorption, Distribution, Metabolism, Excretion, Toxicity) halten zellbasierte Tests aber auch immer stärker Einzug in Forschungslabore. Denn sie stellen biologische Mechanismen im zellulären Kontext und damit realistischer nach als klassische biochemische In-vitro-Assays.

Aktuell stellen die zellbasier ten Tests deshalb bereits mehr als die Hälfte aller Hochdurchsatz (HTS)-Assays. Während die klassischen homogenen Rezeptor-LigandBindungsassays aufgrund ihrer Schnelligkeit, Reproduzierbarkeit und geringen Variabilität in HTS-Kampagnen punkten, werden die zellbasierten Tests überall dort eingesetzt, wo potentielle Targets nicht zufriedenstellend aufgereinigt werden können und gewebespezifisches Verhalten untersucht werden muss.

Gerade zellbasierte Tests zur Vorhersage der akuten Leber-, Nieren- und Herztoxizität sind daher im Aufwind. Sie sind billiger und schneller als Tierversuche. Erste Erfolge bei der Identifizierung aussagekräftiger Biomarker, die nierenschädigendes Potential präklinischer Wirkstoffe anzeigen, meldet etwa das „Predictive Safety Testing Consortium“ (PSTC), eine Initiative der FDA, EMA und Nephrotoxic Working Group (NWG). Sieben Biomarker wurden gefunden, sechs im sogenannten KidneyMAP-Test kommerzialisiert – der Multiplex-Immuntest zeigt arzneimittelinduzierte Nierenschäden in Rattenzellmodellen sowie in humaner Zellkultur an.

Ob sich indes zellbasierte Modelle finden lassen, um systemische toxikologische Endpunkte vorherzusagen – wie die Toxizität bei wiederholter Gabe, Karzinogenität und Reproduktionstoxizität –, ist derzeit offen, wenngleich dies im Rahmen des bis 2016 laufenden EU-Projektes Detective (Detection of LABORWELT

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endpoints and biomarkers for repeated dose toxicity using in vitro systems) versucht wird (www.detect-iv-e.eu).

Zwar zeichnen aktuelle Forschungsergebnisse bereits den Weg in der Assay-Entwicklung vor – hin zu Tests, die immer besser den physiologischen Kontext abbilden. Doch sind vor ihrer Etablierung derzeit noch wichtige technische und wirtschaftliche Hürden zu überwinden.

Wahl und Kultur der Zelllinie Grundsätzlich werden zellbasierte Hochdurchsatzanalysen derzeit meist in zweidimensional gewachsenen Zellverbänden in Multiwellplatten durchgeführt und die Messergebnisse optisch oder amperometrisch erfasst. Bei der Auswahl der eingesetzten Zelllinie spielen Kosten und Komfortabilität derzeit eine große Rolle: Immortalisierte Zelllinien wie Hek-Zellen, die oft zum Screening von NeurotransmitterAgonisten genutzt werden, sind zwar kaum repräsentativ für native Zellen, wachsen aber homogen und lassen sich gut auslesen. Physiologisch näher an der In-vivo-Situation sind dagegen primäre Zellen, wie etwa humane T-Zellen, die zum Screening von HIV-Blockern eingesetzt werden. Gleichwohl müssen sie frisch präpariert werden und liefern nur wenig reproduzierbare Ergebnisse. Wichtige Nachteile zeigt auch das NCI-60-Panel, eine Zusammenstellung von 60 repräsentativen Tumorzelllinien, die zum Screenen von Krebsarzneien eingesetzt werden: Sie enthalten Mutationen, die sich negativ auf die Screeningergebnisse auswirken können.

Als Alternativen rücken deshalb zunehmend humane Krebsstammzellen, embryonale Stammzellen (hESCs) sowie induziert pluripotente Stammzellen (iPSCs) in den

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21.08.2014 14:55:08 Uhr

Zellbasierte Assays Intro

Bild: InSphero AG

so einfache Dinge wie das Fehlen einer etablierten Detektionsmethode entgegen. Elektrochemische Read-out-Verfahren, wie etwa Änderungen des elektrischen Widerstands, eignen sich bei der Zellviabilitätsmessung nur für zweidimensionale Zellrasen, da ein direkter Zell-Elektroden-Kontakt erforderlich ist. Auch der Großteil der oft zur Quantifizierung von GFP-Fusionsproteinen eingesetzten LaserScanning-Imaging-Systeme mit angeschlossener quantitativer Bildanalyse-Software ist bis dato wenig geeignet für die Analyse der stark autofluoreszierenden dreidimensionalen Zellkulturen. Imaging-Lösungen, die das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern, sind indes derzeit in Entwicklung (J. Biotechnol. doi: 10.1016/j.biotec.2010.11.012).

Zu dreidimensionalen Sphäroiden herangewachsene Tumorzellen Fokus. Da noch unklar ist, inwiefern aus ihnen differenzierte Zellen native Zellfunktionen repräsentieren, laufen derzeit innerhalb der Innovative Medicines Initiative (IMI) Bemühungen, standardisierte, möglichst homogene iPSC-Zelllinien herzustellen (vgl. LABORWELT 3/2013). „iPSC-basierte Zellmodelle können bereits jetzt bestimmte Aspekte einer Krankheit nachstellen,“ so Martin Graf, Koordinator des StemBancc-Projektes bei der Baseler Roche AG. Standardisierte iPSC-Zelllinien bieten trotz hoher Erhaltungskosten und noch zu geringer Ausbeute den Vorteil, ausreichende Zellmengen für Screenings und Toxizitätsstudien bereitzustellen. Zudem lassen sie sich in beliebige, sonst nicht vermehrbare Gewebe differenzieren, die die Krankheit des individuellen Patienten repräsentieren.

Funktionelle RNAi-Screens so standardisierter Zelllinien eröffnen einen molekularen Einblick in das Krankheitsgeschehen und die daran beteiligten Moleküle und Signalnetzwerke in humanen Zellen. Die IMI setzt auch in ihrem zweiten Arbeitsprogramm auf zellbasierte Methoden, um toxische und wirkungslose Medikamentenkandidaten auszusortieren.

3D-Kulturen besser als 2D-Kulturen?

Eine noch bessere Simulation der Situation im Gewebe versprechen dreidimensionale Zellkulturen. Neben der natürlichen Zellmorphologie stellen die Zellhaufen (Sphäroide) die in natürlichem Gewebe vorhandenen Zell-Zell-Kontakte und Zell-Matrix-Wechselwirkungen besser dar als zweidimensionale Kulturen – oft mit bedeutenden Auswirkungen auf die Messergebnisse. „Die klassische zweidimensionale Zellkultur spiegelt die Situation im lebenden Organismus zu wenig wider“, so Ursula Graf-Hausner, Chefin des Kompetenzzentrums für künstliche Gewebe zur Wirkstoffprüfung und Medikamenten­ entwicklung an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Dreidimensional kultivierte Darmkrebszellen zeigen, verglichen IV | 15. Jahrgang | Nr. 4/2014

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mit 2D-Kulturen, etwa eine 180-fach stärkere Arzneimittelresistenz. Auf 3D-Darmkrebssphäroide wirkt das Chemotherapeutikum Gemcitabine rund 1.000-fach weniger zytotoxisch, wogegen Tests in 2D-Kultur nahelegen, dass der Wirkstoff Tumore im Menschen effektiv abtötet. Zudem lassen sich durch Kokultur von Tumor­epithelzellen mit dem sie umgebenden Bindegewebe – einem Gemisch aus gesunden Fibroblasten und tumorinfiltrierenden Immunzellen – die für die Metastasierung wichtigen Tumor-Stroma-Interaktionen untersuchen.

Wie wichtig die von den Stromazellen ausgeschütteten Botenstoffe sind, zeigt die jüngste Entdeckung eines Teams um Jorge Moscat vom kalifornischen Sanford-Burnham Medical Research Institute. Die Wissenschaftler berichten, dass Stromazellen, die den antientzündlichen Tumorsuppressor p62 nicht länger bilden, durch verstärkte Interleukin 6-Bildung den Startschuss für den Tumor geben, invasiver zu wachsen und Metastasen zu bilden.

Flaschenhals Detektion Obgleich 3D-Kulturen das Mittel der Wahl sind, wenn es um die Analyse der Auswirkungen von Arzneimitteln unter physiologischen Bedingungen geht, stehen ihrem breiten Einsatz

Ziel: Langzeitbeobachtung von Zellkulturen Um Langzeitstudien mit Zellen durchführen zu können, ist es nicht nur erforderlich, Analysemethoden zu entwickeln, mit denen sich nichtinvasiv und mehrmals hintereinander messen lässt, sondern die Zellen unter Perfusionsbedingungen anstelle der statischen Bedingungen geschüttelter Mikrotiterplatten zu kultivieren.

Dies reduziert das Risiko von Kontaminationen durch wiederholte Eingriffe in die Zellkultur und vermeidet Variationen durch Medienwechsel im für das Mess­ergebnis wichtigen Mikromilieu.

Einen Ausweg könnten Mikrofluidik-Lösungen bieten, die Verdunstungseffekte vermeiden und Automation mit Miniaturisierung verbinden.

Da die Systeme bisher auf Untersuchung von 2D-Zellkulturen beschränkt sind, gibt es hier weiteren Entwicklungsbedarf.

Durch den Trend, physiologisch relevante zellbasierte Modelle in Grundlagen- und Pharmaforschung zu etablieren, ergeben sich Wachstumschancen für ganz verschiedenartige Anbieter. Neue Pipettier-, Zytometrie- und Mikrofluidiklösungen, Medien und Behälter für die Stammzellkultur, Transfektionsprotokolle sowie Werkzeuge zur gezielten Manipulation humaner Zelllinien (RNAi, CRISPs, ZFNs, TALENs) sind ebenso gefragt wie schonende und empfindliche Markierungs- und Detektionsverfahren.

Die im Arzneimittel-Screening eingesetzten drei Typen zellbasierter Tests Was wird gemessen?

Anwendung

Second messenger

Verfolgen der Signalübertragung nach Einsatz fluoreszierender Moleküle, die ÄnAktivieren eines Zelloberflächenderungen der intrazellulären Ca2+-IonenkonRezeptors zentration anzeigen, um die Aktivierung von Ionenkanälen zu verfolgen

Beispiel

Reportergen

Verfolgen zellulärer Antworten auf Ebene der Transkription/Translation

Quantifizierung der Aufnahme von G-Proteingekoppelten Rezeptoren (GPCR) in die Zelle durch Einsatz eines Fusionsproteins aus GPCR und dem Grün-fluoreszierenden Protein

Zellproliferation/ Zytotoxizität

Messung der gesamten Zellvermehrung/des Zelltods als Reaktion auf externe Reize

UV-spektrometrische Messung der virusinduzierten Zellschädigung anhand der Reduktion von Tetrazoliumsalzen zu Formazan LABORWELT

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Zellbasierte Assays Automation

Screening lebender Zellen und Gewebe in Echtzeit Franz Demmel, Dr. Peter Wolf, HP Medizintechnik GmbH, Oberschleißheim Zellbasierte Untersuchungen sind eine elementare Methode der biomedizinischen Forschung, der pharmazeutischen Substanzsuche, des toxikologischen Screenings sowie eine Alternative zu Tierversuchen. Das Einsparen von Personalkosten und die Minimierung von Fehlern erfordern dabei einen hohen Automatisierungsgrad bei der Kultur, der Behandlung und der Untersuchung von Zellkulturen. Zudem ist das parallele und lückenlose Aufzeichnen möglichst vieler verschiedener Parameter aus einem einzigen Experiment ein wirkungsvolles Hilfsmittel bei der Betrachtung komplexer zellulärer Vorgänge. Basierend auf diesen Anforderungen wurde mit dem Intelligent Microplate Reader eine automatisierte Analyseplattform realisiert, die erstmals bildgebende Verfahren mit multi-sensorischen Mikrotiterplatten kombiniert. in der Vergangenheit als alleinige Beurteilungsparameter verschiedener, auf dem Markt erhältlicher Systeme Anwendung fanden. Zur Erfassung morphologischer und proliferativer Veränderungen von Zellen werden die Messung der Bio-Impedanz und automatisierte bildgebende Verfahren genutzt. Einflüsse auf den zellulären Metabolismus, welche sich durch Veränderungen im Sauerstoffverbrauch und in der Abgabe von Stoffwechselprodukten zeigen, werden durch fluoreszenzbasierte Sensoren (Optroden) kontinuierlich überwacht. Dadurch lassen sich komplexe zelluläre Abläufe aus mehreren Perspektiven betrachten und dynamische Prozesse mit ihrer Kinetik abbilden und analysieren. Im Vergleich zu klassischen Endpunkttests kann somit – zusätzlich zur Wirksamkeit – auch deren zeitlicher Verlauf erfasst und analysiert werden.

Modular aufgebaut verfügt der Intelligent Microplate Reader in seiner höchsten Ausbaustufe über mehrere sensorische und aktorische Komponenten. Eine 24-Kanal-

Sauerstoffverbrauch Ansäuerung Impedanz Unbehandelt

Behandelt

Unbehandelt

Zeit (h)

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Behandelt

Impedanz (normiert)

Metabolische Raten (normiert)

Testverfahren auf Basis von Zellkulturen sind heute unverzichtbar für den Laboralltag in der Toxikologie, Pharmazie und biomedizinischen Forschung. Gleichwohl erfordert ihre Durchführung einen hohen zeitlichen und handwerklichen Aufwand. Zunehmende Automatisierung und kontinuierliche Aufzeichnung relevanter Zellparameter sollen dem Anwender helfen, mit geringem Zeit- und Arbeitsaufwand eine große Menge belastbarer Daten zu erfassen. Betrachtet man die Entwicklung der vergangenen Jahre, geht der Trend in den Bereichen Sensorik und Datenerfassung zunehmend in Richtung markierungsfreie Verfahren, da diese bei der Messung keinen Einfluss auf die Zellkulturen ausüben. Der Intelligent Microplate Reader begegnet diesen Anforderungen durch die erstmalige Kombination von bildgebenden Verfahren mit multi-sensorischen Mikrotiterplatten in einer automatisierten Analyseplattform.

Das Gerät vereint eine Reihe von unterschiedlichen Messtechnologien, welche

Pipettierrobotik versorgt beziehungsweise behandelt die Zellen mit den entsprechenden Medien und Testsubstanzen. Ein automatisiertes Inversmikroskop in Kombination mit einem optischen Detektor dient zum Auslesen der Optroden sowie zur zyklischen Aufzeichnung von frei wählbaren Bildausschnitten mit bis zu vier verschiedenen Objektiven.

Die Integration des Systems in einen Klimaschrank garantiert gleichbleibende Umgebungsbedingungen.

Sensorische Mikrotiterplatte Herzstück der Analyseplattform ist eine spezielle Mikrotiterplatte mit integrierter Sensorik und Mikrofluidik. Sie stellt im modifizierten 24-Well-Design sowohl die Mikroreaktionskammern, in denen die Zellen kultiviert und untersucht werden, als auch die Ports für den Zugang der Medienrobotik bereit.

Applikation Krebsforschung Ein Beispiel für die mit der Plattform gewonnenen Daten zeigt die nebenstehende Abbildung. Dabei wurden die Zellen einer Brustkrebs-Zelllinie durchgehend mit dem zytostatischen Wirkstoff Doxorubicin behandelt und kontinuierlich überwacht. Dies ist ein experimenteller Ansatz, der in der Krebsforschung oder bei der Klassifizierung toxischer Substanzen in vergleichbarer Form zur Anwendung kommt. Die verschiedenen zellphysiologischen Parameter der auf den Wirkstoff sensitiv reagierenden Zellen fallen gegenüber denen der unbehandelten Kontrollzellen deutlich ab. Der kinetische Verlauf des Prozesses ist eindeutig nachvollziehbar.

Dabei lassen die Mikroskopaufnahmen auffallende Veränderungen der Zellmorphologie erkennen, wodurch die Ergebnisse der metabolischen Sensoren sinnvoll ergänzt werden. Die Über tragung eines solchen Forschungsansatzes hin zur klinischen Testung von Patiententumorproben auf ihre Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Zytostatika im Vorfeld einer Therapie (Invitro-Chemotherapie) ist dabei naheliegend.

Wissenschaftler am Heinz Nixdorf-Lehrstuhl für Medizinische Elektronik (Prof. Dr. Bernhard Wolf) der Technischen Universität München konnten dies mit Hilfe der Analyseplattform bereits erfolgreich zeigen.

Die HP Medizintechnik GmbH vertreibt den Intelligent Microplate Reader und bietet zusätzlich eine individuell auf die Kundenwünsche angepasste Auf tragsforschung auf der Analyseplattform an (Information: info@hp-med.com).

HP Medizintechnik GmbH Bruckmannring 19 D-85764 Oberschleißheim LABORWELT

21.08.2014 14:56:13 Uhr

DNA DAMAGE & DNA REPAIR

Multiplex-Assays beim zellbasierten Screening Zellbasierte Assays finden routinemäßig ihren Einsatz bei der Entwicklung neuer Therapeutika und Identifizierung potentieller Wirkstoffkandidaten. Besonders interessieren die Auswirkungen von Substanzen auf die Zelle hinsichtlich Zellviabilität, Zytotoxizität und Apoptose.

Erfolgte die Bestimmung dieser Parameter früher im Einzelansatz, werden heute kombinierbare Assays verwendet, welche die Analyse mehrerer Parameter innerhalb eines experimentellen Ansatzes ermöglichen (Multiplexen). Vor allem der Bedarf an höherem Probendurchsatz bei gleichzeitig aussagekräftigen, reproduzierbaren Messpunkten hatte einen starken Einfluss auf die Entwicklung von zellbasierten Assays. Automatisierte Multiplex-Assays sparen daher Zeit, Probenmaterial und teure Testsubstanzen – zugleich ermöglichen sie ein schnelles und tieferes Verständnis komplexer zellulärer Prozesse.

Schnelle Bestimmung von DNA-Strangbrüchen und DNA-Reparaturkapazität.

Der CETICS TOXXs Analyzer.

Triplex-Assay vereinfacht Multiplex-Experiment Der automatisierbare ApoTox-Glo™ Triplex Assay (Promega) ist ein neuartiges Multiplex- System zur gleichzeitigen Bestimmung der Viabilität, Zytotoxizität und Apoptose von Zelllinien in nur einem Well. Der Triplex-Assay detektiert die Parameter dabei in zwei Schritten mittels Fluoreszenz- und Lumineszenz-Messung. Der Assay kombiniert optimal den Multitox-Fluor™ Multiplex Cytotoxicity Assay mit dem CaspaseGlo® 3/7-Assay (beide Promega). Im ersten Teil des Assays werden die Zellviabilität und Zytotoxizität über die Aktivitäten der Live-Cell- und Dead-Cell-Proteasen gemessen. Danach wird die Apoptose über die Caspase-3/7-Aktivität bestimmt. Diese Parameter dienen besonders der Aufklärung von Mechanismen, die mit einem Zytotoxizitätsprofil in Verbindung stehen. Der ApoTox-Glo™ Triplex Assay eignet sich insbesondere für in vitro-toxikologische Untersuchungen sowie für das Sekundär-Screening.

Promega entwickelt seit Jahrzehnten zellbasierte Assays für die Analyse komplexer zellulärer und biochemischer Prozesse für das Wirkstoff-Screening. Neben etablierten Assays für die Bestimmung von Zellviabilität, Zytotoxizität und Apoptose rücken neue Assays wie etwa für die Analyse von epigenetischen Veränderungen und mitochondrialer Zytotoxizität in den Fokus.

Der CETICS TOXXs Analyzer bestimmt DNA-Strangbrüche in Säugetierzellen mit dem automatisierten FADU-Assay (‘Fluorimetric detection of Alkaline DNA Unwinding’).

Zusätzlich erlaubt der FADU-Assay die Bestimmung der individuellen DNA-Reparaturkapazitäten der Zellen. Für die Bewertung genotoxischer Eigenschaften von Substanzen, zur Messung von Auswirkungen von oxidativem Stress und für die Strahlenbiologie:

Praktischer Workshop vertieft Kenntnisse über Wirkstoff-Screening Da für viele Wissenschaftler das Design und die Entwicklung von AssayFormaten beim Wirkstoff-Screening immer noch Probleme darstellen, bietet Promega ab sofort einen dreitägigen praktischen Workshop „From Target to Clinical Candidate Compound“ an, der Verständnis für die wichtigsten Aspekte der präklinischen Wirkstoffentwicklung vermittelt.

Die Teilnehmer haben bei diesem Workshop die Gelegenheit, die neuesten Assays wie den ApoTox-Glo™ Triplex Assay im Experiment anzuwenden, und erhalten Einblicke in die aktuelle Assay-Entwicklung, das Screening von Wirkstoffbibliotheken, die Identifizierung und Validierung neuer Wirkstofftargets, Identifizierung von Falsch-negativ-/ Falsch-positiv-Raten und die Anpassung von Dosis/Wirkungskurven.

Der automatisierte FADU-Assay ist eine der schnellsten und präzisesten Methoden zur Messung von DNA-Schäden.

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Weitere Information unter: www.promega.de/workshop

CETICS Healthcare Technologies GmbH

Kontakt

Schelztorstr. 54-56 D-73728 Esslingen am Neckar Tel. +49 711 300655-0

Promega GmbH l Dr. Michaela Mack Tel./Fax: +49(0)-621-8501-164/-222 michaela.mack@promega.com l www.promega.com

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LABORWELT

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15. Jahrgang | Nr. 4/2014 | VII

20.08.2014 15:33:01 Uhr

Zellbasierte Assays Interview

3D-Modelle: Physiologisch, aber herausfordernd

LABORWELT Herr Professor Dolznig, das Wachstum und die Neigung zu metastasieren, wird von Zellen in der Mikroumgebung von Tumoren mitgesteuert. Wie lässt sich so etwas in Zellkulturen, zum Beispiel beim Wirkstoffscreening, untersuchen?

Dolznig Tatsächlich wird immer klarer, dass ein fein orchestriertes Wechselspiel des Tumors mit den Bindegewebszellen, die diesen umgeben, mit Immunzellen, die in ihn einwandern und mit Blutgefäßzellen, die ihn durchziehen, verantwortlich für das Verhalten von Karzinomen ist. Diese Erkenntnis führt langsam auch zu einem Umdenken beim Screening von Wirkstoffen mit zellbasierten Assays, das heute meistens mit sogenannten 2D-Tests durchgeführt wird. Die bisher meistangewandte Methode ist es, einen zweidimensionalen (2D) Zellrasen von Tumorzellen in 96- oder 384-Well-Platten in Wachstumsmedium zu

inkubieren und daran den Wirkstoffkandidaten zu testen. Dies hat zwar den Vorteil, dass es schon zahlreiche etablierte zellbasierte 2D-Assays und Hochdurchsatz-Analyseverfahren gibt, mit denen sich Zellproliferation, Toxizität und Zellmigration untersuchen lassen. Die 2D-Assays spiegeln aber nur sehr ungenügend das komplexe Geschehen und vor allem die komplexen Wechselwirkungen zwischen Tumor und Tumorstroma wider, das immerhin 70% der gesamten Tumormasse ausmachen kann. Etwas realistischer wird es bereits, wenn mit dem Zellkulturüberstand gearbeitet wird, der all die Zytokine und Signalmoleküle enthält, die zum Beispiel die Fibroblasten des Tumorstromas ausschütten.

Gleichwohl muss man sich darüber bewusst sein, dass die so geschaffenen Bedingungen nur die halbe Wahrheit sind, denn so ein Assay bildet nicht exakt das Mikromilieu ab, das durch das Wechselspiel von Tumor und Tumormikroumgebung entsteht. Zudem lassen sich zahlreiche Aspekte der Tumorbiologie wesentlich realistischer in 3D- als in 2D-Modellen darstellen. Wenn in diesen Ansätzen sogenannte Tumorzell-Sphäroide verwendet werden, also dreidimensionale (3D) Aggregate von Krebszellen, kommt ein weiterer Aspekt eines Tumor im Menschen hinzu, nämlich dessen räumliche Ausdehnung.

© Hochschule Furtwangen, Foto: Bernd Müller

LABORWELT Also anstelle von 2D-Zellmodellen einfach 3D-Tumorzellmodelle nutzen?

Organotypisches 3D-Zellkultur-Modell zur Untersuchung von Tumor-Stroma-Interaktionen VIII | 15. Jahrgang | Nr. 4/2014

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Dolznig So einfach ist es leider nicht. Denn die 2DAssays zur Untersuchung des Stoffwechsels, der Zellvitalität, der Wirkstofftoxizität oder des Zellwachstums lassen sich nicht so einfach in 3D übertragen. Ein Beispiel dafür ist der Alamar-Blue-Assay, bei dem die Reduktion des Farbstoffs Resazurin zum deutlich fluoreszierenden Resorufin als indirektes Maß für die Zellviabilität dient. Dieser Assay funktioniert oft nicht mit 3D-Tumorzellsphäroiden.

Warum? In 2D-Assays sieht jede Zelle gleich aus. Sie ist sehr flach, weil sie keinen oder nur eingeschränkten Kontakt zu benachbarten Zellen hat und einzeln an die Plastikplatte

© ZHAW

Angesichts des Scheiterns zahlreicher Arzneikandidaten in später klinischer Phase wird der Ruf nach kostengünstigen zellbasierten Testsystemen, die die Wirkungen im Menschen realistisch nachstellen, lauter. Fristeten Arzneitests in dreidimensionalen Zellkulturen vor 15 Jahren noch ein Mauerblümchen-Dasein, finden die ersten bereits heute Anwendung in der biopharmazeutischen Industrie. LABORWELT sprach mit Prof. Dr. Helmut Dolznig von der Medizinischen Universität Wien über die Herausforderungen und Chancen bei der Entwicklung dreidimensionaler Krebsmodelle, die die Wechselwirkungen von Tumor und Tumormikroumgebung nachstellen.

Prof. Dr. Helmut Dolznig

ist seit vergangenem Jahr Associate Professor am Institut für Medizinische Genetik der Medizinischen Universität Wien.

Der Molekularbiologe und Experte für dreidimensionale Zellmodelle erforscht die Tumor-Stroma-Interaktion bei Darmkrebs, vergleicht die Signalübertragung in 2D- und 3D-Zellmodellen für Dickdarmkrebs und treibt die Entwicklung vollständig humaner vaskularisierter Invitro-Karzinommodelle voran, die nicht nur Fibroblasten enthalten, sondern auch infiltrierende Makrophagen.

angeheftet ist. Bei Sphäroiden ist das anders: Ähnlich wie im Tumor nehmen die epithelialen Zellen engen Kontakt zueinander auf und wachsen gleichzeitig über- und nebeneinander. Dazu kommt: Ähnlich wie im Tumor gibt es im Sphäroid Gradienten, zum Beispiel für Sauerstof f, Nährstof fe, Stoffwechselprodukte, Wirkstoffe etc. Dies führt dazu, dass es innerhalb des Sphäroids ganz unterschiedliche Zellzustände gibt; hochproliferative, hypoxische, ruhende oder nekrotische, die dem zu testenden AntikrebsWirkstoff zudem – aufgrund der graduellen Durchdringung – unterschiedlich stark ausgesetzt sind. Das hat direkte Konsequenzen auf die Übertragbarkeit von 2D auf 3D.

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LABORWELT Welche?

Dolznig Das Problem liegt nicht in der Reproduzierbarkeit, der Zusammensetzung und Zahl der Sphäroide, sondern in ihrer dreidimensionalen Tiefe. Dadurch ist ein Farbstoff wie etwa Resazurin nur in der äußersten Zellschicht verfügbar, was zu falschen Messwerten führt. Noch komplizierter wird es, wenn sogenannte organotypische Sphäroid-Assays eingesetzt werden, bei denen Sphäroide und Stromafibroblasten gemeinsam in einem Kollagengel kultivier t werden, um auch LABORWELT

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Interview Zellbasierte Assays

die Tumor-Stroma-Interaktion zu berücksichtigen. Wir können mikroskopisch die Größenveränderung der Sphäroide pro Zeiteinheit messen, also das Tumorwachstum.

Das machen wir manuell, also low-tech.

Pharmaunternehmen führen aber hier bereits automatisierte Screenings mit Tumorzellsphäroiden durch. Eine einfache Detektion der Wirksamkeit bestimmter Substanzen in organotypischen 3D-Tumormodellen steht dagegen noch ganz am Anfang, denn es gilt Wege zu finden, die Drug Response der Tumorzellen im Tumor-Stroma-Verbund zu messen. Ein Weg, nicht die Summe der Ergebnisse von Tumor- und Stromazellen zu erfassen, ist es, Tumorzellen einzusetzen, die konstitutiv Luciferase exprimieren, und dann die Lichtentwicklung dieser Zellen zu quantifizieren.

Da nur lebende Krebszellen Luciferase bilden, kann auf diesem Weg gemessen werden, wie viele Krebszellen eine Behandlung überlebt haben. Das gibt eine Aussage über die Effizienz des zu testenden Wirkstoffs.

LABORWELT: Gibt es bereits 3D-Zellmodelle, die nicht hausgemacht sind, sondern vermarket werden?

Dolznig Es gibt viel Laborausrüstung, um 3D-Kulturen zu züchten – Platten, Matrices etc. –, aber

nur wenige Anbieter von aussagekräftigen 3D-Assays oder von entsprechenden Screening-Dienstleistungen. Bei organotypischen Assays ist darauf zu achten, dass diese auch tatsächlich die physiologischen Gegebenheiten widerspiegeln, also nicht etwa immortalisierte Stromazellen aus anderen Organen oder gar anderen Spezies als dem Menschen nutzen.

LABORWELT: Wie lassen sich 3D-Assays bereits heute sinnvoll in der Arzneientwicklung nutzen?

Dolznig Da derzeitige Tests in Tumorzellsphäroiden oder organotypischen Modellen allesamt nicht im hohen Durchsatz durchgeführt werden können, ist sicher eine Priorisierung sinnvoll. Praktisch heißt das: Ich nehme die im Primärscreening identifizierten Leitstrukturen und untersuche, ob diese auch in einem physiologisch relevanteren Modell noch wirken. In diese Richtung wird die Entwicklung gehen. Dass diese Strategie – wenngleich langsam – auch auf Interesse stößt, zeigen Kooperationen wie das PREDECT-Projekt innerhalb der „Innovative Medicines Initiative“, in dessen Rahmen Forscher und Firmen zusammenarbeiten, um realistischere Zellmodelle für Brust-, Prostata- und Lungenkrebs zu entwickeln.

LABORWELT: Wohin geht die Entwicklung?

Dolznig Es gibt derzeit einen großen Hype um Labon-a-chip- und Organ-on-a-chip-Modelle, die miniaturisiert sind und eine kontinuierliche Kultur erlauben. Diese Modelle haben großes Innovationspotential. Die Gefahr ist aber, dass die Miniaturisierung zu weit getrieben wird, denn ein humaner Tumor hat eben eine gewisse Ausdehnung. Diese lässt sich in den Systemen nicht simulieren. Ein perfektes Modell ist außer Sichtweite. Wichtig ist es, mehrere Modelle parallel zu nutzen und die richtigen Fragen in den richtigen Testsystemen zu stellen. Wir brauchen aber auf jeden Fall In-vitro-Modelle, die die Metastasierung gut nachstellen. Denn nicht Primärtumore, sondern Metastasen sind die Ursache für 90% der Krebstodesfälle. Um organotypische Zellmodelle zu entwickeln, müssen Onkologen, Zellbiologen und Experten für das Tissue Engineering enger zusammenarbeiten.

Ich glaube, wir könnten durch die Verbindung von Tumorbiologie, Stammzellbiologie und Tissue Engineering in zehn Jahren soweit sein, komplexe (normale) Gewebe mit 3D-Printern zu drucken und in diese metastasierende Zellen auszusäen, um mehr über die Treiber der Metastasierung zu lernen und zugleich Wirkstoffe zu finden, die diese bremsen oder auf das Metastasenwachstum abzielen.

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www.hp-med.com info@hp-med.com 04.08.2014 16:35:10Uhr 20.08.2014 15:33:26

Zellbasierte Assays Verbrauchsmaterialien

Mikroplattenoptimierung: 96 Ergebnisse aus 96 Wells Dr. Jessica Wagner, Eppendorf AG, Hamburg; Christelle Plennevaux, Eppendorf Application Technologies, Namur, Belgien Für die Analyse zellulärer Reaktionen mit Hilfe zellbasierter Assays kommen häufig 96-WellPlatten zum Einsatz. Durch den sogenannten Edge Effect können die Ergebnisse in den äußeren Wells aber stark variieren. Deshalb werden häufig nur 60 der 96 Wells bei der späteren Auswertung genutzt. Dies bedeutet einen Verlust von 38% der Platte. Eine neue Zellkulturplatte bietet nun die Möglichkeit, den Edge Effect zu minimieren und dadurch effizienter und ressourcenschonender zu arbeiten.

Zellbasierte Assays gewinnen in nahezu allen Bereichen der biologischen Forschung an Bedeutung. Die Möglichkeit, Assays an Hochdurchsatzverfahren anzupassen, macht diese unentbehrlich. Sie werden zum Beispiel in der pharmazeutischen Forschung eingesetzt, um potentielle Medikamente zu identifizieren. Die Aussagekraft der erhaltenen Daten beruht auf der gleichbleibend hohen Qualität der durchgeführten Assays. Es gibt allerdings zahlreiche Faktoren, die zur Unbeständigkeit in Multi-Well-Platten beitragen können. Einige davon können durch die Optimierung von Routineschritten im Labor vermieden werden. So helfen etwa sorgfältiges Mischen und Dissoziieren der Zellen vor dem Aussäen und das Vermeiden von Luftblasen beim Pipettieren, Unterschiede in Zellwachstum und -adhäsion zu minimieren. Natürlich spielt auch die Bestimmung optimaler Wachstumsbedingungen für den jeweils verwendeten Zelltyp eine Rolle. Die Zusammensetzung des Zellkulturmediums und die Aussaatdichte sollten für jeden Zelltyp angepasst werden.

Der sogenannte Edge Effect kann durch diese Maßnahmen allerdings nur selten vermieden werden. Da Well-zu-Well-Variationen in Assay-Ergebnissen hauptsächlich in den äußeren Wells der 96-Well-Platte eine Rolle spielen, wird dieses Phänomen als Rand-EfA

fekt („Edge Effect“) bezeichnet. In der Literatur finden sich keine eindeutigen Erklärungen der Ursachen des Edge Effects. Häufig werden Temperaturunterschiede innerhalb der Platte und Verdunstung in den Rand-Wells während der Inkubation als mögliche Faktoren genannt, die unregelmäßiges Zellwachstum, insbesondere an der Peripherie der Platte, zur Folge haben können [1,2]. Es wird allgemein angenommen, dass Verdunstung in den äußeren Wells zu einer Anreicherung von Medienkomponenten wie Salzen führt, was wiederum den Zellstoffwechsel beeinflusst.

Temperaturschwankungen können ebenfalls ungleichmäßige zelluläre Reaktionen hervorrufen. Beide Faktoren – Verdunstung und Temperaturschwankungen – können zu höheren Varianzen zwischen den einzelnen Wells und somit letztendlich zu unzuverlässigen und schwer reproduzierbaren Ergebnissen beitragen.

Was tun? – Methoden, um den Edge Effect zu vermeiden Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Edge Effect zu verhindern. Ein Ansatz, um die Auswirkungen eines Temperaturgradienten zu minimieren, ist die Vorinkubation der Platte mit frisch ausgesäten Zellen bei RaumtemB

Tab.: Durchschnittliche Verdunstung in den äußeren Wells verschiedener 96-WellZellkulturplatten nach fünftägiger Inkubation unter Standardbedingungen 96-Well-Platte

Fülloption

Verdunstung in Rand-Wells (%) 0,3

Eppendorf

ja

Hersteller 1

ja

3,0

Hersteller 2

nein

8,3

Hersteller 3

nein

4,8

peratur. Lässt man die Platte für ein bis zwei Stunden außerhalb des Inkubators stehen und überlässt die Zellen sich selbst, wird man in der Regel mit einem gleichmäßigen Zellrasen belohnt, der sich von Well zu Well über die ganze Platte verteilt [3]. Allerdings bezieht sich der Edge Effect nicht unbedingt auf gleichmäßiges Zellwachstum. Auch das schönste Monolayer kann Ergebnisse produzieren, die die Standardabweichung in die Höhe und dem Forscher die Tränen in die Augen treiben. Je nach verwendetem Zelltyp ist eine Vorinkubation bei Raumtemperatur außerdem nicht ratsam, da manche Zellen auf Temperaturen unterhalb von 37°C empfindlich reagieren.

Für Anwendungen, bei denen längere Inkubationszeiten vonnöten sind, stehen verschiedene Gerätschaften, wie Feuchtigkeits- und Temperaturkammern, zur Auswahl. Ihr Zweck ist die Erschaffung einer gleichbleibenden Mikroumgebung, in der ein nahezu konstantes Niveau an Luftfeuchtigkeit und Temperatur herrscht.

Die vielleicht gängigste Methode zur Verhinderung des Edge Effects ist, die äußeren Wells nur mit Medium zu füllen, aber keine Zellen einzusäen. Simpel und effektiv könnte man meinen – allerdings ist dies eher die Vermeidung eines Problems als dessen Lösung. Das Nichtbenutzen der äußeren Wells einer 96-Well-Platte reduziert die Anzahl der verfügbaren Wells auf 60, eine Verminderung des Plattendurchsatzes um 38%. Zwar kann der Edge Effect so vermieden werden, aber diese Methode resultiert in höheren Kosten für Einmalartikel, beansprucht mehr Platz im Inkubator und kostet mehr Zeit.

Macht die Platte den Unterschied aus?

Zellkulturplatten im Vergleich

Abb. 1: Die Eppendorf-96-Well-Zellkulturplatte. Fülloptionen: A. Äußerer Graben mit Flüssigkeit gefüllt, um die äußeren Wells zu isolieren; B. Isolierung aller 96 Wells durch Befüllung des gesamten Zwischenraums X | 15. Jahrgang | Nr. 4/2014

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Getestet wurden die neue Eppendorf 96-WellZellkulturplatte sowie drei Zellkulturplatten anderer Hersteller (A, B und C). Die Eppendorfplatte ist mit einem umlaufenden Graben ausgestattet, der mit Flüssigkeit gefüllt werden kann (z. B. mit sterilem Wasser oder PBS). Dadurch werden die äußeren Wells isoliert. Zusätzlich kann der Raum zwischen den inneren Wells mit nur einem Pipettierschritt gefüllt werden. Das beugt nicht nur Temperaturschwankungen während der Inkubation LABORWELT

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Verbrauchsmaterialien Zellbasierte Assays

vor, sondern führt auch dazu, dass die Zellen nicht so schnell kalte Füße kriegen, wenn sich die Platte längere Zeit außerhalb des warmen Inkubators befindet (zum Beispiel beim Mikroskopieren). Vor dem Einsäen der Zellen sollte man die Platte mit den gefüllten Zwischenräumen und/oder dem gefüllten Graben im Inkubator vortemperieren.

Die Platte von Hersteller A wird als Assayplatte beworben und ist mit vier Reservoirs ausgestattet, die mit Flüssigkeit gefüllt werden können. Die Platten von Hersteller B und C sind Standardplatten, die keine Möglichkeiten bieten, die Zwischenräume zu befüllen.

Die Platten wurden entsprechend mit Flüssigkeit gefüllt (in den Wells und wenn möglich außerhalb der Wells), vortemperiert und dann fünf Tage unter Standardbedingungen (37°C, 5% CO2, befeuchtete Atmosphäre) inkubiert.

Um ein möglichst realistisches Laborszenario zu simulieren, wurde die Tür des Inkubators mehrmals am Tag kurz geöffnet. Der Flüssigkeitsverlust in jedem einzelnen Well wurde mit Hilfe einer Kristallviolettlösung und dem Eppendorf PlateReader AF 2200 bestimmt.

Anhand einer Kalibrierungskurve wurde dann die Verdunstung in Prozent berechnet (siehe Abbildung 2).

Bei längeren Inkubationszeiten wird die Verdunstung in 96-Well-Platten zu einem kritischen Faktor. Insbesondere in Rand-Wells tritt Flüssigkeitsverlust durch Verdunstung auf, da diese Wells nicht vollständig von benachbar ten Wells umgeben sind. Das Isolieren der Rand-Wells mit Flüssigkeit kann die Verdunstung reduzieren. Ohne Isolierung zeigen die äußeren Wells der Eppendorf 96-Well-Zellkulturplatte nach fünftägiger Inkubation unter Zellkultur-Standardbedingungen eine durchschnittliche Verdunstung von nur 1,8%. Der geringe Flüssigkeitsverlust ist wahrscheinlich auf die optimierte Passgenauigkeit von Deckel und Platte zurückzuführen. Das Befüllen des äußeren Grabens mit Flüssigkeit reduziert die Verdunstungsrate auf weniger als 1%. Wie in Abbildung 1 gezeigt, ermöglicht das „Chimney-Well“-Design der Eppendorf-Platte die zusätzliche Befüllung des Well-Zwischenraumes, was die Verdunstung in den Rand-Wells auf lediglich 0,3% sinken lässt.

Jede Flüssigkeit, wie steriles PBS, Wasser oder Zellkulturmedium eignet sich zum Befüllen des Grabens und des Zwischenraumes. Durch die Konstruktion der Eppendorf-Zellkulturplatte lässt sich der komplette Zwischenraum mit nur einem Pipettierschritt befüllen. Der Vergleich verschiedener 96-Well-Zellkulturplatten (s.

Abb. 2 und Tabelle) zeigt, dass die EppendorfZellkulturplatte die einzige Platte ist, welche die Verdunstung effektiv minimiert. Hersteller A bietet die Möglichkeit einer teilweisen Isolierung der äußeren Wells; allerdings konnte hier nach wie vor ein deutlicher Edge Effect beobachtet werden wenn auch abgeschwächter, im Vergleich zu den Herstellern B und C. Das Befüllen des gesamten Well-Zwischenraumes LABORWELT

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Eppendorf Zellkulturplatte

Hersteller 1

Hersteller 2

Hersteller 3

Abb. 2: Verdunstung in verschiedenen 96-Well-Platten. Der Flüssigkeitsverlust in jedem einzelnen Well wurde nach fünftägiger Inkubation unter Zellkultur-Standardbedingungen bestimmt. der Eppendorf-Zellkulturplatte trägt zu einer homogenen Feuchtigkeitsverteilung und Temperaturstabilität innerhalb der Platte bei. Dies führt zu einer verminderten Verdunstungsund Kondensationsrate, was den Edge Effect drastisch reduziert.

Literatur [1]

Walzl A, Kramer N, Mazza G, Rosner M, Falkenhagen D, Hengstschläger M, Schwanzer-Pfeiffer D, Dolznig H. Int J Appl Sci Technol. 2012 June; 2(6):

[2] [3]

Patel MI, Tuckerman R, Dong Q Biotechnology Letters 2005; 27: 805–808 Lundholt BK, Scudder KM, Pagliaro L Journal of Biomolecular Screening 2003; 8: 566

Kontakt Dr. rer. nat. Jessica Wagener Field Application Specialist – Cell Handling Eppendorf AG Barkhausenweg 1, 22339 Hamburg wagener.j@eppendorf.de 15. Jahrgang | Nr. 4/2014 | XI

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Zellbasierte Assays Detektion

Multimode-Reader mit zellulärer Auflösung Dr. Frauke Haenel, Dr. Norbert Garbow, Dr. Michael Lässle, PerkinElmer Cellular Technologies Germany GmbH, Hamburg Mit einem Weltmarktanteil von 20% zählt PerkinElmer zu den führenden Entwicklern für zelluläre Imaging-Instrumente. Das Unternehmen wagte als eines der ersten den Schritt vom monofunktionellen Mikroplatten-Reader der Vergangenheit zum heutigen Multimode-Mikroplatten-Reader.

Jetzt bahnt sich eine weitere große Entwicklung an: die Kombination der WellImaging-Technologie mit dem klassischen Multimode-Reader in einem einzigen Messgerät. Die Auflösung einzelner Zellen mittels Well-Imaging erlaubt es dabei, die Qualität zellbasierter Assays deutlich zu steigern. Der neue PerkinElmer EnSightTM Multimode-Mikroplatten-Reader ist ein vielseitig einsetzbares Messgerät für biochemische und zelluläre Assays im Mikroplatten-Format. Neben den konventionellen Messmodi – Absorption,

Fluoreszenz-Intensität, zeitaufgelöste Fluoreszenz, Lumineszenz und AlphaScreen/AlphaLISA – weist der EnSight Label-free- und nun auch zelluläre Well-Imaging-Technologie auf. Mit seiner Vielfalt an Mess-Modi bietet EnSight eine einzigartige Kombination an Detektionstechnologien für die akademische, klinische und Pharma-Forschung. Der Reader verwendet dabei die neue KaleidoTM-Software zur Datenerzeugung und -analyse. Zugleich kontrolliert Kaleido alle Gerätefunktionen. Kaleido beruht auf der ebenfalls von PerkinElmer entwickelten

Abb. 1: Beispiele für Digital Phase Imaging- und Fluoreszenz-Bilder wie sie der EnSightTM ür die Zellerkennung nutzt. Beim Digital Phase Imaging ist bei A431-Zellen zusätzlich die Segmentierung des Zellzähl-Algorithmus durch farbige Kreise dargestellt.

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Acapella® High Content Imaging- und AnalyseSoftware. Die Kombination von EnSight und Kaleido erlaubt die Messung und Analyse von targetbasierten und phänotypischen Assays in einem Gerät.

Die neue Well-Imaging-Technologie des EnSight erlaubt bildbasierte ZytometrieMessungen und umfasst Durchlicht-, digitale Phasenkontrast- und 4-Farb-FluoreszenzMess-Modi. Das Anwendungsspektrum reicht dabei von Messungen der Zellzahl, der Konfluenz, der Inter- und Intra-Well-Zellverteilung, zellmorphologischer Veränderungen, zellulärer Fluoreszenzsignale, von Reporter-Genen oder Zell-Markern bis hin zu zytotoxischen Effekten.

Verbesserung der Qualität zellulärer Assays mit Zytometrie-Messungen Zytometrie-Messungen, wie Zellzahl-Bestimmung und Konfluenz-Analyse, stellen wichtige Qualitätskontroll-Parameter in zellbasierten Assay-Anwendungen dar. Neben der Überprüfung der Zellzahl pro Well, welche anschließend für Normalisierungszwecke verwendet werden kann, liefert zum Beispiel die Konfluenz-Analyse Informationen zum korrekten Aussäen beziehungsweise Zustand der Zellen. Die Anwendung von Normalisierung und Zell-Qualitätskontrolle im Rahmen der Assay-Durchführung erhöht die Datenqualität zellulärer Assays zum Teil beträchtlich. Da die Bilderfassung beim EnSight sehr schnell vonstattengeht (bei 1 FarbFluoreszenz-Messung etwa vier Minuten pro 384 Well-Platte) und weil für Durchlicht- oder DPI-Messungen keine kostspieligen oder toxischen Farbstoffe verwendet werden müssen, stellt der EnSight ein ideales Instrument für derartige Anwendungen dar.

Um die unterschiedlichen ZytometrieMess-Modi zu vergleichen, wurden die Korrelationskoeffizienten zwischen ausgesäter Zellzahl und der jeweils mit Hilfe des EnSight gemessenen Zellzahl/Konfluenz bestimmt.

A431- und HeLa-Zellen wurden hierzu mit einem CASY® Cell Counter gezählt und in 384-Well-CellCarrier-Platten ausgesät. Abbildung 1 zeigt ausgewählte Bilder für DPI- und Fluoreszenz-Messungen mit dem EnSight für A431- und HeLa-Zellen. In der Tabelle sind die Ergebnisse der vergleichenden Messungen zusammengefasst. Sie zeigen, dass der EnSight durchweg sehr gute Korrelationskoeffizienten (r2) zwischen 0,82 und 0,97 für derartige Messungen liefert.

Abbildung 2 illustriert den Einfluss von fehlerhaftem Aussäen der Zellen anhand von Konfluenz-Messungen im Durchlicht-Modus.

Während die Zellkonfluenz nach korrektem Aussäen bei über 30% liegt, führen eingeschlossene Luftblasen während des Aussäens oder das Berühren des Plattenbodens mit der Pipettenspitze zu verminderter Zellkonfluenz (20% bzw. 25%). Derartige Abweichungen sind LABORWELT

20.08.2014 15:34:27 Uhr

Detektion Zellbasierte Assays

SCHNELLER FINDEN WAS ZÄHLT Abb. 2: EnSightTM-Durchlicht-Bilder unterschiedlich ausgesäter HeLa-Zellen

BPAE cells (60x)

30µm

Zebrafish

1000µm

HepG2 Sphaeroid

VTi

1000µm

Technologie

Abb. 3: EnSightTM-Durchlicht-Bilder von MCF7-Zellen mit und ohne bakterielle Kontamination bei höheren Probenzahlen manuell nur noch mit hohem Aufwand zu bestimmen, mit Hilfe des EnSight jedoch sehr einfach messbar. Auf Grund der Verfügbarkeit von ZytometrieMessungen im selben Gerät, in dem auch der eigentliche Assay gemessen wird, ergibt sich zudem eine logistische Vereinfachung des Gesamtassay-Ablaufes.

Neben fehlerhaftem Aussäen kann auch bakterielle Kontamination den normalen Assay-Ablauf empfindlich stören. Abbildung 3 zeigt am Beispiel von MCF-7 Zellen wie die mit Hilfe der Kaleido-Software bestimmbaren Parameter Konfluenz und Rauigkeit („roughness“) sich bei Anwesenheit bakterieller Kontamination im Durchlicht-Modus

verändern: Während die Konfluenz nach bakterieller Kontamination zunimmt, werden die „roughness“-Messwerte parallel dazu kleiner.

Auch derartige unerwünschte Effekte sind im normalen Assay-Ablauf nur sehr schwer manuell nachzuweisen, ihre einfache, schnelle Messung wird durch den EnSight ermöglicht.

Fazit: Der EnSight Multimode-MikroplattenReader schließt eine wichtige Lücke im GeräteSpektrum zwischen Multimode-MikroplattenReadern ohne Well-Imaging und reinen bildbasierten High Content Screening-Systemen mit sub-zellulärer Auflösung. Nicht zuletzt die Kosten-Nutzen-Abwägung in Zeiten knapper Fördermittel und Forschungsbudgets eröffnet dem EnSight eine vielversprechende Zukunft.

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Tab. 1: Korrelationskoeffizienten für den Vergleich von ausgesäter Zellzahl und den durch die EnSightTM-Zytometrie Mess-Modi bestimmten Parametern Zellzahl/Konfluenz (rot – A431, blau – HeLa) BioTek Germany BioTek Instruments GmbH Kocherwaldstrasse 34 D-74177 Bad Friedrichshall Tel +49 (0)7136 968-0 Fax +49 (0)7136 968-111 info@biotek.de, www.biotek.de

LABORWELT

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15. Jahrgang | Nr. 4/2014 | XIII

20.08.2014 15:34:35 Uhr

Serie Labormarkt im Umbruch (21)

Endress+Hauser: Familienzuwachs Laboranalytik

Endress+Hauser AG (2013) Umsatz: 1,8 Mrd. Euro Gewinn (EBIT): 277 Mio. Euro Umsatzrendite (nach Steuern): 10,3% Mitarbeiter: 11.900 CEO: Matthias Altendorf Umsatzerlöse nach Regionen Europa 50,9%; Asien/Pazifik 24,2%; Nord- und Südamerika 20,4%; Afrika/Naher Osten 4,5%

Dr. Martin Laqua, Redaktion Laborwelt

Umsatzerlöse nach Geschäftsfeldern (geschätzt)

Milliardenschwere Übernahmen sind gang und gäbe im Labormarkt. Grund genug, in dieser LABORWELT-Serie einen Blick auf die wichtigsten Akteure, ihre Strategien und Deals zu werfen.

Noch vor einem reichlichen Jahr wäre der Prüf- und Messtechnik-Spezialist Endress+Hauser kein Kandidat für einen solchen Steckbrief gewesen. Mit der Übernahme der Mehrheit an der deutschen Firma Analytik Jena AG im Herbst 2013 änderte sich das auf einen Schlag.

Das Laboranalyseunternehmen aus Thüringen stand bei vielen Finanzinvestoren aber auch Konkurrenten wie Perkin Elmer und Thermo Fisher auf dem Wunschzettel. Endress+Hauser schnürte jedoch das attraktivste Paket – vor allem durch das unmissverständliche Bekenntnis zum Standort Jena. In Bezug auf die Mitarbeiterzahl wuchs die Aktiengesellschaft damit auf einen Schlag um 10%. Jetzt gilt es, die Geschäfte Laboranalyse und Prozessanalyse geschickt miteinander zu verzahnen und Verbundeffekte offenzulegen. dem Schlafzimmer heraus geleitet. Im Zuge der Expansion wurde dann ein neuer – und der derzeit größte – Standort im nicht weit entfernten Maulburg aufgebaut. Seit 1968 sitzt die Dachgesellschaft der Gruppe in der Schweiz, seit 2006 in Reinach südlich von Basel. 96% der Aktien des Familienunternehmens befinden sich momentan zu gleichen Teilen im Besitz der acht Kinder des 2008 verstorbenen Gründers Georg Endress, 4% hält die Georg H. Endress-Stiftung.

Dem Griff nach Analytik Jena gingen erste vorsichtige Annäherungen an die Biotechnologie voraus. 2011 wurde ein Minderheitsanteil am USBioprozesstechnikspezialisten Finesse Solutions Inc. erworben. Finesse stellt Einwegsensoren her, die aufgrund des modularen Designs je nach Kundenwunsch verschieden kombiniert werden können. Parallel zur Akquise von Analytik Jena wurde Mitte 2013 auch der Kauf des US-amerikanischen Unternehmens Kaiser Optical Systems von dessen Mutterkonzern Rockwell Collins vorangetrieben und Ende des Jahres abgeschlossen.

Kaiser Optical Systems ist weltweit führend auf dem Gebiet spektroskopischer Messgeräte und

© Analytik Jena

Erst Pharmakonzerne, dann Biotechnologiefirmen und nun auch einzelne Labore – Endress+Hauser hat in den vergangenen Jahren seinen potentiellen Kundenstamm kontinuierlich ausgeweitet. Neben der Öl- und Gaswirtschaft sowie der Lebensmittelbranche gehören auch Pharmafirmen wie Roche zu den traditionellen Kunden des Schweizer Familienunternehmens, welches Sensoren, Geräte und Systeme für Füllstand-, Durchfluss-, Druck- und Temperaturmessung, sowie Flüssigkeits- und Gasanalyse herstellt. Mit einem Umsatz von knapp 2 Mrd. Euro zählt die Endress+HauserGruppe zu den international führenden Anbietern von Messtechnik, Dienstleistungen und Automatisierungslösungen für die industrielle Verfahrenstechnik. Mit derzeit 107 Gesellschaften ist der Konzern in 46 Ländern aktiv.

1953 durch Georg Endress und Ludwig Hauser im badischen Lörrach als Vertriebsfirma für ein aus Großbritannien importiertes Füllstandsmessgerät gegründet, begann die Gesellschaft bald selbst mit der Geräteherstellung. Der Legende nach wurde die Firma zunächst aus

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Analysetechnik Prozess (94,5%) und Labor (5,5%)

angewandter holografischer Verfahren. Hauptprodukte sind unter anderem Raman-Sensoren und -Geräte, welche – so hofft Endress+Hauser – in den „Zukunftsfeldern Energieversorgung, Biotechnologie und Labor-Anwendungen an Bedeutung gewinnen werden“.

Den Labormarkt im Visier Den nachhaltigsten Auftritt in den Laboren der Welt wird der Konzern aber durch die Übernahme von Analytik Jena hinlegen. Die drei Geschäftsfelder „Analytische Geräte“, „Life Sciences“ und „Optik“ beliefern Kunden aus Medizin, Biotechnologie, Pharmazie, Umwelt und Industrie. Für die Bioanalytik sind Produkte für Probenvorbereitung, DNA-Aufreinigung, PCR, molekulare Diagnostik und Liquid Handling im Portfolio. Die deutsch-schweizer Firma plant aber, zunächst im Hintergrund zu bleiben.

Management und Name der Thüringer bleiben vorerst unverändert. Unter dem Dach der Holding soll Analytik Jena als Geschäftseinheit für die Bereiche „Analytical Instrumentation“ und „Life Science“ fortgeführt werden, mit eigenen Strukturen für Produktion und Vertrieb. Nachdem Endress+Hauser im September 2013 47% der Anteile erworben hatte, wurde im März 2014 auch die 50%-Schwelle überschritten. Aufgrund eines Optionsvertrages mit Firmengründer Klaus Berka sowie der Thüringer Beteiligungsgesellschaft bm-t darf Endress+Hauser im Oktober 2014 weitere 27,56% erwerben. Erklärtes Ziel bleibt weiterhin die vollständige Übernahme.

Das Jahr des 60. Firmengeburtstages war auch aus einem anderen Grund richtungsweisend. Nach 18 Jahren an der Spitze der Firma wechselte Klaus Endress in den Verwaltungsrat und übergab die Führung zum ersten Mal an ein Nicht-Familienmitglied. Matthias Altendorf hat jedoch seine Karriere von der Mechanikerlehre an komplett bei Endress+Hauser absolviert.

In einem kürzlich erschienenen Interview bestätigte er die auf den Labormarkt ausgelegte Strategie: „Wir möchten neue Geschäftsfelder erschließen und insbesondere in der Laboranalytik stärker werden. In den Laboren werden neue Verfahren entwickelt und angewandt, die später auch in der Produktion der Kunden in Chemie-, Lebensmittel-, Pharma- oder Biotechnologieindustrie genutzt werden.“ LABORWELT

21.08.2014 14:58:40 Uhr

Bücher Service

Kreislaufwirtschaft

Schmöker-Lexikon

Auf geht’s!

Das Universum bist Du

Im Umweltschutz lassen sich Schuldgefühle einfach instrumentalisieren.

In Sorge wegen der Abgase bei einer Flugreise? Ein CO2-Zertifikat lindert etwaige Gewissensbisse! Von dieser Schuld-Logik hebt sich „Intelligente Verschwendung – The Upcycle“ auf angenehme Weise ab. Die Autoren Michael Braungart und William McDonough setzen ihr die Vision einer zellfreien Wirtschaft entgegen.

Schon seit längerem werden Stoffströme „von der Wiege bis zur Bahre“ betrachtet, um Umweltschäden zu minimieren. Braungart und McDonough geben sich damit nicht zufrieden. Statt in Zyklen solle im Kreislauf „von der Wiege bis zur Wiege“ gedacht werden. So könnten mit gutem Design wirklich nützliche Produkte entstehen.

Weg vom schlechten Gewissen hin zu Kreativität und qualitativem Wachstum, könnte man sagen.

Intensiv werben die Autoren für dieses Anliegen – und schießen über das Ziel hinaus: „Wer jetzt Sparen, Verzichten, Vermeiden predigt, der sorgt dafür, dass das bestehende falsche System nur gründlich falsch wird.“ Wer so stark pauschaliert, der sorgt dafür, dass er seinem Anliegen nicht gerecht wird. Wenig hilfreich, wenn Anregungen etwas belehrend, im Stile akademischer Abhandlungen daherkommen. Ob der Leser so tatsächlich zum Nachdenken – oder noch besser zum Nachahmen – angeregt wird, bleibt fraglich.

Zu dick? Zu wenig Muskeln? Zu schlaffe Haut? Es gibt nur sehr wenige Menschen, die mit ihrem Körper vollends zufrieden sind. Jeder hat an sich etwas auszusetzen – und sei es nur der kleine Zeh, der immer so komisch absteht. Diese Wahrnehmung könnte sich ändern, wenn man Brian Cleggs Erfolgsbuch „Die Vermessung des Körpers“ gelesen hat.

Wer den Wissenschaftsautor Clegg kennt, der weiß, dass hier nicht mit esoterischen Ratschlägen um sich geworfen wird. Nein, es wird viel Fachwissen auf jeder Seite präsentiert. Clegg nimmt einen mit auf eine Expedition durch Augen, Magen und Haare des Menschen und zeigt dabei immer wieder skurrile Rekorde des menschlichen Körpers auf. Jede kurze Geschichte ist dabei mit typisch britischem Humor gespickt. Wer nun denkt, man könne sich bei diesem Wissenschaftsschmöker zurücklehnen, der täuscht sich allerdings: Clegg fordert seine Leser zu Selbstversuchen auf. So sollen die Leser eine Banane pürieren und sie mit Geschirrspülmittel, Salz und Alkohol verfeinern. Was das werden soll? Natürlich die Isolation von reiner Bananen-DNA! Mehr Experimente gibt es auch auf der Website: www.universeinsideyou.com. „Die Vermessung des Körpers“ lässt den Leser eine Faszination für den menschlichen Körper entwickeln. „Ihr Körper ist ein Fenster zum Universum“, so Cleggs letzter Satz. Jeder, der sein Buch gelesen hat, weiß, was er damit meint. Und dass der abstehende kleine Zeh gar nicht so wichtig ist.

Michael Braungart, William McDonough l Intelligente Verschwendung – The Upcycle: Auf dem Weg in eine neue Überflussgesellschaft Oekom Verlag, München, 2014, 208 Seiten, 17,95 Euro ISBN: 978-3865813169

Brian Clegg l Die Vermessung des Körpers Carl Hanser Verlag München, 2013, 304 Seiten, 19,90 Euro ISBN: 978-3446435032

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Service Fortbildung

Studiengänge

Richtig zulassen

Nebenberuflich Biotechnologe werden

© Bild: Xendo

Anträge für Arzneimittelzulassungen sind aufgrund zunehmender Komplexität gerade für junge Biotechnologie-Unternehmer eine schwierige Herausforderung. Die behördlichen Anforderungen müssen erfüllt werden; gleichzeitig gilt es, die Entwicklungskosten niedrig zu halten. Ein Workshop des Biotech-Verbundes Berlin-Brandenburg e. V. (bbb) soll den Überblick vermitteln, den man braucht, um diese beiden Punkte bei der Planung von Zulassungsanträgen nicht aus den Augen zu verlieren.

Unter anderem lernen die Teilnehmer, wie Risiken bei der frühen Produktentwicklung minimiert und die regulatorischen Maßgaben gewinnbringend eingesetzt werden können.

Abgehalten wird der Workshop am 10. September an der Beuth-Hochschule für Technik in Berlin. Die Vortragsinhalte werden anhand von persönlichen Erfahrungen veranschaulicht, die die Referenten bei Biotech-Firmen gesammelt haben. Die Vortragenden sind Mitarbeiter der Beratungsfirma Xendo. Sie sind spezialisiert auf den Zulassungsbereich biopharmazeutischer Produkte. Nähere Informationen sind den Terminseiten auf der Website des Gesundheitswirtschafts-Clusters Healthcapital zu entnehmen (www.healthcapital.de).

Healthcare-Frauen

Mentoring-Runde Junge Frauen mit Führungsverantwortung oder auf dem Weg zu einer Top-Position im Gesundheiswesen zu stärken, hat sich das Netzwerk Healthcare-Frauen zum Ziel gesetzt. In einem speziellen Mentoring-Programm für angehende weibliche Führungskräfte geben Spitzenmanagerinnen aus der Healthcare-Branche ihre Erfahrungen an ihre jungen Kolleginnen weiter.

Anfang November startet die Runde für 2014.

Gleichzeitig beginnt auch die Bewerbungsfrist für das Programm 2015. Über ein Jahr werden die Teilnehmerinnen in Seminaren, Vortragsveranstaltungen und dem persönlichen Austausch von jeweils einer erfahrenen Mentorin geschult.

Unter den rund 50 Healthcare-Frauen: Helga Rübsamen-Schaeff, Geschäftsführerin der AiCuris GmbH & Co. KG in Wuppertal. Mehr Informationen gibt es im Internet unter www. healthcare-frauen.de.

XVI | 15. Jahrgang | Nr. 4/2014

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© Bild: Alexander Raths, fotolia.com

Workshops

Peter Pohl, der Vorstand der GATC Biotech AG hat sie; der Mainzer Biotechnologie-Professor Eckhart Thienes hat sie auch: die Ausbildung zum Biologisch Technischen Assistenten (BTA).

Ob ein technischer Assistent einen solchen Karriereweg bewältigen kann, liegt wohl in erster Linie an dessen intrinsischer Motivation. Sicher ist: „Viele technische Assistenten, die sich für ein Studium im Anschluss an ihre Berufsausbildung entscheiden, möchten akademisch studieren“, weiß Weiterbildungsexperte Hartmut Böhm von der Universität Bonn.

Doch muss man dafür seinen Job als junger Berufspraktiker aufgeben? Um das zu vermeiden, kann man sich für eine Fortbildungsmaßnahme parallel zum Beruf entscheiden. Das Angebot an Fern- oder Abendstudiengängen ist vielfältig. So macht die Technische Universität Kaiserslautern im Fernstudium Nanotechnologen aus Technischen Assistenten. Die Universität Duisburg-Essen bildet wiederum in Teilzeit zum Master of Pharmeceutical Medicine aus. „Aber besonders auch bei Hochschulen nichtstaatlicher Träger gibt es einen Boom, der sich in den Biowissenschaften dort abzeichnet, wo große Unternehmen Fachhochschulen direkt oder indirekt unterstützen“, sagt Böhm.

Der Privatdozent ist Abteilungsleiter einer BTA-Schule und macht sich zudem im Bündnis TA für die Stärkung der Assistenzberufe im Arbeitsmarkt stark.

Semi-virtuelle Modelle – eine Lösung Speziell für das Fach Biotechnologie bietet neuerdings die Hochschule für Gesundheit & Sport, Technik & Kunst (H:G Berlin) einen berufsbegleitenden Bachelor-Studiengang an.

Ein semi-virtuelles Studienkonzept soll sich den Anforderungen an räumliche und zeitliche Unabhängigkeit berufstätiger Studenten anpassen. Webinare, E-Learning-Tools und Übungen können auf dem Onlinecampus absolviert werden. Dreimal eine Woche im Semester

werden praktische Fertigkeiten in Fächern wie Gentechnik, Bioanalytik oder Prozesstechnik im Präsenzunterricht vermittelt. Diese Übungseinheiten finden im Rahmen ausgewählter Lehrveranstaltungen bei Unternehmen und Einrichtungen der Biotechnologiebranche sowie in Hochschullehrinstituten statt. Das fünfte von insgesamt sieben Studiensemestern ist zudem ein Praxissemester. In einem geeigneten Betrieb setzen die Studenten die Theorie um. Die 14.000 Euro Studiengebühren rangierten unter dem Bundesdurchschnitt und seien so auch für Arbeitnehmer tragbar, die selbst für die Gebühren aufkommen, sagt H:G Berlin-Kanzler Andreas Mues. In vielen Fällen übernimmt jedoch der Arbeitgeber die Kosten vollständig oder zum Teil.

Spezialisten gesucht Gerade auf dem Weg zu einer biobasierten Wirtschaft werden die Anforderungen immer diverser, die an Biotechnologen in Forschung und Entwicklung gestellt werden. Daher sucht die Industrie Spezialisten, beispielsweise im Bereich der Fermentation oder der biotechnologischen Produktion. „Die Wahl der TAs fällt in Zeiten der zahlreichen hochspezialisierten Studiengänge immer häufiger auf ‚moderne’ Fächer wie etwa „Pharmazeutische Medizin“ oder „Biotechnologie“, so Böhm.

An der H:G Berlin haben die Studenten die Möglichkeit, sich im Schwerpunktstudium (6.-7. Semester) zu spezialisieren. So bietet der Schwerpunkt Biosystemtechnik zum Beispiel Module wie Bioprozessanalytik oder Modellierung und Simulation. Für ein erfolgreich absolviertes Studium wird der Bachelor of Science verliehen. „Die ersten Promotionen an Fachhochschulen liefern den Nachweis für den Erfolg dieser innovativen Studiengänge“, erläutert Böhm. Dennoch warnt er: „Hohe Studiengebühren korrellieren keinesfalls mit hoher Qualität“.

LABORWELT

22.08.2014 13:02:44 Uhr

Expertenpanel Zellbasierte Assays

Zellbasiertes Screening Dr. Christoph Giese, Probiogen AG; Joe Shuga, Fluidigm Corp.

Ob bei der Bestimmung der Antikörper-Effektivität in Drug Screenings oder bei Single-Cell-Genexpressionstests: Zellbasierte Tests oder Tests an Einzelzellen helfen mehr denn je, die Wirksamkeit biologischer Medikamentenkandidaten und die Qualität von Zellmaterial zu bestimmen, das für das Biomarkerscreening eingesetzt werden soll. ADCC-Assays bestimmen etwa, wie stark glykooptimierte Antikörperwirkstoffe Immuneffektorzellen gegen Tumore scharf machen. Analysen von Einzelzellen gestatten darüber hinaus eine Einschätzung der Gewebeheterogenität und Identifizierung der Treibermechanismen von Krankheiten. Besonders wichtig erscheinen die Ergebnisse hochparalleler mRNA-Analysen an Einzelzellen für die Identifikation von Targets und Biomarkern.

Zu aktuellen Herausforderungen bei der zellbasierten Testung sowie der Probenvorbereitung für Einzelzellanalysen befragte LABORWELT Experten der ProBioGen AG und Fluidigm Corp.

ist Director Cell and Tissue Services and Quality Control bei der ProBioGen AG in Berlin.

LABORWELT Wo liegen die derzeitigen Herausforderungen bei der zellbasierten Testung der Antikörperabhängigen zellulären Zytotoxizität (ADCC)?

Giese Zell-basierte Assays spielen eine zunehmend wichtige Rolle in der späten präklinischen Bewertung von Biopharmazeutika, nicht zuletzt durch die neue EMA-Richtlinie für Biosimilar-Antikörper. So er fahren nun auch ADCC-Assays für die Feststellung der Biosimilarität (Biosimilar assessment) und Vergleichbarkeit (Comparability exercise) sowie als Freigabetests eine Renaissance. Wo nun ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit und Robustheit gefordert ist, werden die Schwachstellen Primärzell-basierter Assays offenkundig.

Die Performance von ADCC-Assays wird durch die Qualität der primären NK-Zellen bestimmt. Diese werden üblicherweise frisch aus mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) von Vollblutspenden isoliert, oder es werden PBMCs mit definierter NKZellmenge verwendet. Wie alle Primärzellen zeigen sie große spenderabhängige und präparationsbedingte Qualitätsschwankungen sowie wechselnde Ausbeuten.

ADCC-induzierende Antikörper zeigen außerdem häufig Patientengruppen-spezifische Unterschiede in der Wirksamkeit. Diese lassen sich zum Beispiel auf Fcg-Rezeptorbezogene Polymorphismen zurückführen (z. B. Fcg-RIIIa 158 V/F). Leider lassen sich in vitro diese Unterschiede aufgrund der LABORWELT

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Qualitätsschwankungen primärer NK-ZellPräparationen kaum abbilden.

Für ADCC-Assays werden zudem Targetzelllinien für die jeweilige therapeutische Indikation benötigt. Ihre Qualität bestimmt ebenfalls die Assay-Performance. Neben einer ausreichenden Markerexpression sind hier insbesondere die spontane, Antikörper-unabhängige Lyse durch NK-Zellen, die Anfärbbarkeit mit geeigneten Vitalfarbstoffen sowie deren spontane Freisetzung von Bedeutung. Diese Faktoren bestimmen wesentlich die technische Leistungsfähigkeit der ADCC-Assays (Signal-tonoise ratio).

Bestehende NK-Zelllinien sind von unbefriedigender Qualität, daher kommen zunehmend Surrogat-Modelle und rekombinante Zelllinien mit NK-Zell-Funktionalität zum Einsatz.

Joe Shuga, PhD

© Fludigm

© Probiogen

Dr. Christoph Giese

ist Senior Scientist, Research and Development Group, Fluidigm Corporation in South San Francisco, USA

LABORWELT Wie können Einzelzellen für Genexpressionsanalysen und das Next Generation Sequencing effektiv isoliert und präpariert werden?

Shuga Shallow sequencing, zu deutsch „oberflächliches Sequenzieren“, großer Zahlen einzelner Zellen bietet die bestmögliche Abbildung der Vielfalt und Expressionsspanne in Zellpopulationen. Es ist noch nicht lange her, dass ein konzeptioneller Wandel die Sichtweise auf die RNAseq-Analyse in Einzelzellen verändert hat.

Wissenschaftler hatten entdeckt, dass das sogenannte Shallow Sequencing einzelner

Zellen ausreichend genug Daten lieferte, um Zellen mit ähnlichen Eigenschaften zu unterscheiden. Das Verfahren reduziert zugleich die Sequenziertiefe um zwei Größenordnungen – von 5 Millionen auf 50.000 Reads. Zusätzlich entdeckten sie, dass ein Erhöhen der Zahl der untersuchten Zellen im Vergleich zum Sequenzieren mit größerer Tiefe ein besseres Verständnis der Zelldiversität und Expressionsstärken in Zellpopulationen ermöglichte.

Dazu kommt: Die Untersuchung zahlreicher Einzelzellen kann zur Identifikation seltener Zellpopulationen, Entwicklungsstadien und Anzeige

Biomarker führen, die bei normalen Gewebestudien verborgen bleiben.

Entscheidend, um diese neue Technologie anzuwenden, ist eine einfache, kostengünstige und reproduzierbare Probenvorbereitung.

Fortgeschritte Strategien zum Barcoding der Zellen gestatten dabei die parallele Sequenzierung großer Einzelzellmengen in ultra-niedriger Tiefe. Eine Lösung am Markt ist etwa das Fluidigm C1-Single-Cell Auto Prep-System. Es fängt standardmäßig bis zu 96 Einzelzellen auf einmal ein und führt die reverse Transkription and cDNA-Amplifikation in Nanoliter-Reaktionsvolumina durch, was die wirksame Konzentration der Reaktanden erhöht und so die Genauigkeit der mRNASequenzierung verbessert.

Fluidigm hat zwei frei verfügbare Tools entwickelt, um die Erzeugung hochqualitativer Daten bei jedem Lauf zu ermöglichen, in dem Einzelzellen analysiert werden. Der Single-Cell Preparation Guide (Download: www.fluidigm. com/single-cell-prep-guide.html) bildet die Schritte ab, die zur Präparation qualitativ hochwertiger Einzelzell-Suspensionen erforderlich sind – unabhängig davon, ob mit Primärzellkulturen, adhärent wachsenden oder Zellen in Suspensionskultur gearbeitet wird.

Zusätzlich bietet das SINGuLAR™ Analysis Toolset 3.0 Hilfe – ein intuitives, einfach handhabbares Datenanalyse-Werkzeug für das Single-cell-DNA-Sequencing, die Genexpressionsanalyse, miRNA-Profilierung sowie die Analyse von mRNA-SequenzierungsDatensätzen. Das Toolset auf Basis der verbreiteten statistischen Programmiersprache R ermöglicht die schnelle Analyse und den raschen Vergleich von transkriptionellen oder unterschiedlichen Profilen.

15. Jahrgang | Nr. 4/2014 | XVII

21.08.2014 15:05:33 Uhr

Service Verbände

Diagnostik-Netzwerk BB

LABORWELT-Partner Dt. Ver. Gesell. f.

Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin e.V. (DGKL)

Companion Diagnostics im Fokus

www.dgkl.de

Deutsche Gesellschaft für Proteomforschung www.dgpf.org BIO Deutschland www.biodeutschland.org Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM)

www.dghm.org

bts (Biotechnologische Studenteninitiative e.V.) www.bts-ev.de Gesellschaft für Genetik

GENE

K TI

ELLSC S

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AFT FÜ H

GE

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/

 Am 19. Juni 2014 fand im Berliner MagnusHaus das Auftakttreffen des Companion Diagnostics Network statt. Rund 85 Teilnehmer aus Diagnostikfirmen, Forschungsinstituten, Kliniken und medizinischen Laboren trafen sich, um über den Bedarf an CDx zu informieren und gezielt Kooperationsprojekte zu initiieren.

Im Mittelpunkt des Treffens stand die Onkologie. Prof. Matthias Dürst von der Uniklinik Jena beleuchtete das Potential der HPV-DNAIntegration als Prognosemarker für die Entstehung von Gebärmutterhalskrebs. Nach einer Infektion können humane Papillomviren der Hochrisikogruppe (hrHPV) in den Epithelzellen des Gebärmutterhalses persistieren. Dies führt zu chromosomaler Instabilität, die mit der Integration viraler DNA in das Wirts-Genom einhergeht. „Als Folge der HPV-Integration kommt es zu einer deregulierten Expression der viralen Onkogene, die malignes Wachstum begünstigen“, so Dürst. Der Nachweis der HPV-DNA-Integration würde helfen, dies frühzeitig zu erkennen. Nun soll retrospektiv deren Wertigkeit als Prognosemarker ermittelt und in prospektiven Studien geprüft werden.

Bedeutend für die Prognose und Therapie sind auch im Blut zirkulierende Tumorzellen (CTCs). Aktuelle Studien beim Mammakarzinom sprechen für eine klinische Relevanz des CTC-Nachweises im Blut – vor allem, wenn es zur Metastasierung kommt, wie Prof. Hans Neubauer von der Uniklinik Düsseldorf darlegte. „CTCs besitzen mit etwa ein bis zwei Tagen eine sehr geringe Überlebensdauer im Blut, so dass sie sich hervorragend für eine Erfolgskontrolle von Operationen und für das Monitoring von Therapien eignen sollten“, so Neubauer. Da sich CTCs in therapierelevanten Eigenschaften vom Tumor unterscheiden können, sei es das Ziel, diese Zellen eingehend auf Einzelzellebene zu charakterisieren, um so die Basis für die

Entwicklung CTC-gerichteter Medikamente zu schaffen.

Um den Nachweis residueller Tumorzellen geht es auch in der Arbeit von Dr. Renate Kirschner-Schabe und Cornelia Eckert von der Charité.

Sie wollen die Früherkennung eines Rezidivs oder das Ansprechen auf eine Rezidiv-Therapie bei Kindern mit akuter lymphatischer Leukämie (ALL) verbessern. Ziel sei es, sowohl weitere Biomarker zu identifizieren als auch einen Test zur sensitiven Detektion von resistenzassoziierten Mutationen zu entwickeln, die während der Therapie in Leukämiezellen entstehen.

Auch in der Intensivmedizin steigt die Nachfrage nach individualisierter Diagnostik, etwa bei der Früherkennung von akutem Organversagen, das – zu spät erkannt und behandelt – meist zum Tod führt. Wie Dr. Martin Sauer von der Universitätsmedizin Rostock darlegte, existiert für die Diagnostik des akuten Nierenversagens ein neuer zellbasierter, biosensorgestützter Test. Dieser ließe sich für die Anwendung auf andere Organe weiterentwickeln.

Hierfür bedarf es geeigneter Biomarker, die vorzugsweise zellbasiert oder metabolomisch generiert und idealerweise auf eine MultiplexPlattform gebracht werden.

Darüber hinaus informierte Prof. Uta Jappe über die Bedeutung der komponentenbasierten Allergiediagnostik, Dr. Annette Moter erörterte das Problem mikrobieller Biofilme und Dr. Nicole Schneiderhan-Marra zeigte das Potential von Multiplex-Immuntests für die Biomarker-Bestimmung. Abgerundet wurde der Tag durch Vorträge von Prof. Werner Brannath, Dr. Frieda Gerdes, Prof. Christian Dierks sowie Dr. Maurizio Di Stasio und Dr. Andreas Schlörb. Sie gaben Tipps zu Statistikauswertungen von Studien, zur Preisgestaltung, Erstattung und Zulassung von CDx sowie zur Patentierung von Diagnoseverfahren.

Netzwerk Nutrigenomik

DGHM/VAAM www.nutrigenomik.de DiagnostikNet-BB www.diagnostiknet-bb.de Verband der Diagnostica-Industrie e.V. www.vdgh.de Österreichische Reinraumgesellschaft (ÖRRG) Österreichische Ges. f. Laboratoriumsmedizin & Klinische Chemie

XVIII | 15. Jahrgang | Nr. 4/2014

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www.oerrg.at

www.oeglmkc.at

Infektionen im Fokus  Vom 5. bis 8. Oktober 2014 findet in Dresden die 4. Gemeinsame Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) e. V. und der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) e. V. statt. Im Fokus der Tagung unter dem Motto „„Microbiology and Infection“ stehen neueste Ergebnisse zur Erkennung, Verhütung und zur Therapie von Infektionserkrankungen. Zusammen mit dem wissenschaftlichen Leiter der Tagung, Volkhard Kempf (Universität Frankfurt am Main – zugleich Tagungspräsident der DGHM – erwartet VAAM-Tagungspräsident Gerold

Barth (TU Dresden) rund 1.000 Experten zu der Veranstaltung.

Neben den Themen der Hauptsymposien „Lebensmittel- und Krankenhaushygiene - quo vadis?“, „Metabolismus und Transport“, „Mikrobiom in Medizin und Natur“, „Hypoxie und Anaerobiose“, „Mikrobielle Biotechnologie“, „Mikrobielle Stressantwort“ und „Bakterielle Pathogenität“ gibt es eine Reihe praxisorientierter Workshops zur Fortbildung von Ärzten und Technischen Assistenten sowie eine fachbezogene begleitende Industrieausstellung. Informationen zur Tagung gibt es unter www.dghm-vaam-2014.de.

LABORWELT

20.08.2014 15:39:46 Uhr

Mettler Toledo

Zuverlässig und noch benutzerfreundlicher: XLS+-Pipetten Der internationale Spezialist für Labor, Wäge- und Inspektionssysteme Mettler Toledo hat seine XLS+-Pipettenfamilie mit neuen Dichtungssystemen, korrosionsbeständigen Spitzenabwerfern und autoklavierbaren Pipettenschäften ausgestattet. Die innovative Software der elektronischen Pipette Rainin

langsames, kontrolliertes und sorgfältiges Pipettieren erfordern. Auch der neue mechanische Aufbau gewährleistet eine hohe Konsistenz auf allen Kanälen. Die neue Software der elektronischen E4 XLS+-Pipette umfasst Funktionen, die sie außerordentlich vielseitig, aber auch besonders sicher machen. Die neue

Vom

EN B R E T S AUS

bedroht

NT I O P D N … der E AY! ASS Die neuen Rainin Pipet-Lite XLS+-Pipetten E4 XLS+ weist darüber hinaus eine Vielzahl an neuen Funktionen auf, die insbesondere regulierte Labors bei der Verbesserung von Sicherheit und bei der Konformitätsoptimierung unterstützen.

Die mit einem umgestalteten Pipettenschaft und einem neuen Dichtungssystem ausgestattete manuelle Rainin Pipet-LiteXLS+-Pipette vereint hohen Bedienkomfort mit hochkontrolliertem Pipettieren. Korrosionsbeständige Kunststoffspitzenabwerfer aus hochwer tigem Poly vinylidenfluorid (PVDF)-Polymer können mit einem einzigen Handgriff zur Reinigung abgenommen werden. Der komplette Pipettenschaft – also Schaft, Dichtungssatz/Feder und Spitzenabwerfer – kann ebenfalls autoklaviert werden und unterstützt somit den Sterilisationsprozess.

Im Rahmen dieser Produktlancierung hat Mettler Toledo sein Mehrkanalpipettenportfolio durch die neue Pipette 1.200 µL XLS+ ergänzt. Mit einer neuen Pipettiereinheit, die 19% weniger wiegt, bis zu 42% geringere Pipettierkräfte benötigt und den Kraftaufwand für den Spitzenabwurf um 52% reduziert, ist das Mehrkanalpipettieren einfacher denn je. Dank der minimierten Kraftaufwendung bietet das neue Dichtungssystem eine bislang unerreichte Kontrolle bei Arbeiten, die

www.laborwelt.de

E4 XLS+-Pipette ist die beste Wahl für alle Labore, für die das Einhalten behördlicher Vorschriften und die Datensicherheit höchste Priorität haben: l Der neue passwortgeschützte Admin-Modus definiert Pipetteneinstellungen, Protokolle und Wartungsintervalle und gewährleistet somit die GLP-/GMP-Konformität. l Das Pipettenmenü kann für einen besseren Bedienkomfort und mehr Sicherheit so einfach oder komplex konfiguriert werden (zum Beispiel Ausblenden unerwünschter Modi, Sperrung von Einstellungen), wie es der Benutzer wünscht. l Verschiedenste benutzerdefinierte Protokolle können jetzt mit einer einfachen Joystickbewegung gespeichert und schnell wieder aufgerufen werden.

Mit der neuen Pipettenfamilie Rainin XLS+ verstärkt Mettler Toledo seine Präsenz im Bereich Liquid Handling und setzt den Fokus auf einfacheres und zuverlässigeres Pipettieren für Kunden, die auf dem Gebiet der Biowissenschaften arbeiten.

So traurig das Schicksal des Eisbären ist, dem Endpoint-Assay weint keiner nach: xCELLigence Real Time Cell Analysis Systeme sind die Zukunft, wenn es um Experimente zu Zell-Proliferation, Zytotoxizität, Zell-Migration, kurz um zellbasierte Assays geht.

Steigen Sie mit ein: ols-bio.de/zell-assay

Mehr Informationen über die neue Pipettenfamilie Rainin XLS+ gibt es unter www.mt.com/RaininXLS. Mettler-Toledo GmbH Ockerweg 3 35396 Gießen Tel.: +49 641 50 70

LABORWELT

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21.08.2014 15:09:33 Uhr

Service Produktwelt PromoCell GmbH

HP Medizintechnik GmbH

Pluripotenz in Reinstform Embryonale Stammzellen (ESC) und induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) repräsentieren derzeit die beiden bedeutendsten Typen von pluripotenten Stammzellen (PSC). Früher wurden ESC mit Hilfe von Feeder-Zellen, meist murinen embryonalen Fibroblasten (MEF), in undefinierten serumhaltigen Medien kultiviert – eine zeitaufwendige, komplizierte und völlig undefinierte Technik.

Trotz großer technischer Entwicklungen in den vergangenen Jahren besitzen die etablierten, am Markt befindlichen PSC-Kultursysteme immer noch unerwünschte Eigenschaften.

Sie enthalten meist supra-physiologisch hohe

Mengen an Wachstumsfaktoren sowie aufgereinigte Komponenten humanen/tierischen Ursprungs. Des Weiteren basieren sie häufig auf undefinierten ECMs und/oder ECMs tierischen Ursprungs.

Das PromoCell hPSC Growth Medium DXF schließt alle diese Nachteile konsequent aus: l vollständiges, chemisch definiertes und xeno-freies Kultursystem l keine aus tierischem beziehungsweise humanem Material aufgereinigte Komponenten l physiologische Wachstumsfaktor-Konzentrationen Das hieraus resultierende optimale Kulturumfeld ermöglicht einen kontrollierten Kulturprozess, konsistente und reproduzierbare Leistung, eine robuste Pluripotenzerhaltung sowie eine verbesserte Klonierungseffizienz.

In Kombination mit der extrazellulären Matrix hPSC-ECM DXF und dem hPSC Dissociation Buffer DXF bietet PromoCell ein vollständiges Kultursystem zur definierten und xeno-freien Kultur von pluripotenten Stammzellen.

PromoCell GmbH Sickingenstraße 63/65 69126 Heidelberg www.promocell.com info@promocell.com

OLS – OMNI Life Science GmbH & Co. KG

Real-Time Cell Assays: ideal für Zelltoxizitäts-Tests Am Institut für Zellbiologie der Universität Tübingen, Abteilung Immunologie, wurde der Chromium Release Assay (CRA) sehr erfolgreich durch einen impedanzbasierten Assay ersetzt, um Zytotoxizitäts-Assays mit T-Zellen durchzuführen. Vorteile wie Verzicht auf Radioaktivität, Auswertung einer lückenlosen Kinetik und höhere Sensitivität lagen auf der Hand, nur – wie aufwendig ist die Umstellung auf Real-Time Cell Assays (RTCA)?

Dipl. Biologin Janet Peper (siehe Bild), IFIZ Tübingen, Abteilung Immunologie: „Für unsere Arbeiten benötigten wir ein System das sensitiv, zuverlässig und markerfrei die T-Zell vermittelte Zytotoxizität bestimmt. Wir suchten eine Alternative zum etablierten CRA, wollten uns aber nicht durch den Zwang zur Markierung oder einen Endpoint-Test einschränken lassen.

Basierend auf den Arbeiten von Glamann und Hansen (2006) etablierten wir eine Methode zum Nachweis der Zytotoxizität von T-Zellen auf dem xCELLigence SP. Tatsächlich war es erstaunlich unkompliziert: Wir erreichen nun ein Effektor-Target-Verhältnis von 0,05:1 für die Targetzell-Lyse, messen eine kontinuierliche Lysis-Kinetik über längere Zeiträume und können XX | 14. Jahrgang | Nr. 1/2013

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teilweise sogar Effektorzellen nach Beendigung in weiteren Experimenten einsetzen.“ Mehr Informationen sind unter http://bit.ly/1xXjzci und ols-bio.de/zell-assay zu finden Literatur An impedance-based cytotoxicity assay for real-time and label-free assessment of T-cell-mediated killing of adherent cells; J. Immunol. Methods. 2014 Mar; 405:192-8. doi: 10.1016/j.jim.2014.01.012

OLS – OMNI Life Science GmbH & Co. KG Karl-Ferdinand-Braun-Straße 2 28359 Bremen Tel.: +49 421 276 169 15 ralf.ketterlinus@ols-bio.de www.ols-bio.de

Multiparametrische Zell-Analyseplattform

Der Intelligent Microplate Reader ist eine automatisierte Analyseplattform für markierungsfreie Assays mit lebenden Zellen und Geweben. Sie kombiniert erstmalig bildgebende Verfahren mit multi-sensorischen Mikrotiterplatten.

Das System dient als Messplattform zum Erfassen von metabolischen und morphologischen Zellparametern in der Pharmakologie, Toxikologie sowie in der Labormedizin und Diagnostik.

Herzstück der Plattform ist eine modifizierte Mikrotiterplatte mit 24 separat behandelbaren Zellkulturbereichen (Wells). Jedes Well ist mit opto-chemischen Sensoren zur Erfassung des Sauerstoffverbrauches und der extrazellulären Ansäuerung ausgestattet. Diese sind auf einem mikroskopierbaren Glasträger aufgebracht und ermöglichen die kontinuierliche Aufzeichnung der Kinetik zellulärer Veränderungen unter Wirkstoffeinfluss.

Ein automatisiertes Mikroskop liest die optischen Sensoren aus und erlaubt eine kontinuierliche Prozessüberwachung sowie die parallele Dokumentation der Testkulturen im Hellfeld- oder Fluoreszenzverfahren.

Hierdurch werden die sensorischen Daten sinnvoll ergänzt. Medienversorgung und Wirkstoffzugabe werden nach frei programmierbaren Protokollen selbstständig von einer Multikanal-Pipettierrobotik durchgeführt.

Damit ermöglicht der Intelligent Microplate Reader die markierungsfreie Detektion und Dokumentation zellulärer Reaktionen über mehrere Tage hinweg, ohne Eingriff des Laborpersonals.

HP Medizintechnik GmbH Bruckmannring 19 85764 Oberschleißheim Tel.: +49 (89) 30 666 47 0 Fax: +49 (89) 30 666 47 20 info@hp-med.com www.hp-med.com LABORWELT

22.08.2014 12:59:12 Uhr

CEM

BioTek Instruments GmbH

Prämierte Peptidsynthese Schnelle Ergebnisse mit nur einem Fingerdruck

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 Magazin 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 in Tagen l Bis zu 90% Einsparung an Lösemitteln l Von Kleinstmengen für PNA-Synthese bis zum Scale-up von 5mmol l 27 Positionen für Reagenzien, Umbenennen von Reagenzien l Intuitive Software erleichtert das Programmieren von Sequenzen, und die einfache Technik mit wenig Ventilen und wenig Sensoren vereinfacht den Service.

Die einzelnen Peptide können nach der Entnahme schnell aufgereinigt werden, während die nächste Synthese läuft. Zudem erfüllt der Liberty Blue die patentrechtlichen Anforderungen an das Einsetzen der Mikrowelle beim Kuppeln und Entschützen.

Literatur Collins, J.; Porter K. A.; Singh S. K.; Vanier, G. S.; Hig Efficiency Solid Phase Peptide Synthesis (HE-SPPS); Org. Lett. 2014, 16, 940−943

CEM GmbH Carl-Friedrich-Gauß-Straße 9 47475 Kamp-Lintfort Tel.: + 49-2842-96 44 0 Fax: + 49-2842-96 44 11 www.cem.de info@cem.com

Bei Analysen mit Spektralphotometern werden Arbeitsabläufe häufig durch schlechte Übersichtlichkeit auf winzigen Bildschirmen, die umständliche Arbeit mit externen PCs oder durch begrenzte UV/Vis-Protokolle gestört. Durch den Einsatz des neuen Mikroplatten-Spektralphotometers Epoch2 lässt sich das vermeiden.

Der Epoch2 verfügt über einen 10-ZollTouchscreen und ist mit Präzisionsoptik und der Gen5™ Datenanalyse-Software in vollem Funktionsumfang ausgestattet. Die Arbeitsstation ermöglicht das Lesen von Mikroplatten, Küvetten, BioCell-Küvetten und Mikrovolumina sowie schnelle und einfache Analysen für praktisch alle photometrischen Anwendungen. Ein moderner Inkubator bis 65°C mit neuem Modus zur Kondensationskontrolle gehört ebenso zum Funktionsumfang wie ein linearer, orbitaler und doppeltorbitaler Schüttelmodus.

Die Daten werden übersichtlich angezeigt und können über WLAN, Bluetooth oder USB exportiert werden. Eine klare und einfache Navigation führt schnell zu den gewünschten Ergebnissen.

Mehr Informationen sind im Internet unter www.biotek.de zu finden.

BioTek Instruments GmbH Sabine Drecker drecker@biotek.de Kochenwaldstraße 34 74177 Bad Friedrichshall

www.laborwelt.de

LABORWELT

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22.08.2014 12:59:27 Uhr

Ausblick

Vorschau Heft 5/2014

Zellfreie Biosynthese

Ressourcenschonender Reaktor Der Bedarf an industriell hergestellten Proteinen wächst immens. Abnehmer ist nicht nur die Pharmabranche, die die maßgeschneiderten Moleküle etwa für individualisierte Krebstherapien nutzen will. Auch die Indus trielle Biotechnologie oder Firmen der medizinischen Diagnostik sind an den Biomolekülen interessiert. Das Fraunhofer-Projekt „Zellfreie Bioproduktion“ widmet sich seit 2011 der Aufgabe, die Herstellung von Proteinen im Labor effizienter, vielseitiger und ressourcenschonend zu machen. Ende Juni kamen internationale Spezialisten in den Räumen des FraunhoferForums im Herzen Berlins zusammen, um ihre Expertise zur In-vitro-Produktion von Proteinen auszutauschen und eine Bilanz zu ziehen.

Eines der im Projekt erarbeiteten Reaktorsysteme zur Herstellung von Proteinen: der Continuous-Exchange-Cell-free-Reaktor (CECF).

Es handelt sich um eine Reaktorplattform auf Basis eines Durchflussreaktors. Das Reaktionsgefäß ist durch eine halbdurchlässige Membran von einem Puffersystem abgetrennt, das eine permanente Versorgung gewährleistet. Darin befindet sich das Lysat, also eine Lösung mit allen für die Proteinsynthese benötigten Bestandteilen einer Zelle, wie etwa Aminosäuren. „In dem Puffer haben wir die Bestandteile, die in der Reaktion verbraucht werden. Die eigent-

lich teuren Bestandteile gehen nicht durch die Membran durch“, erläuterte Tobias Brode vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Diese teuren Stoffe sind komplexe Zellbestandteile wie Ribosomen, Proteine und DNA, die während des Prozesses in der Synthesekammer verbleiben. Bisher lassen sich jedoch nur wenige Antikörper mit dem Gerät im Labormaßstab herstellen. Von Seiten der Biologie ist daher noch viel Vorarbeit nötig. „Das Handwerkszeug haben wir. Jetzt müssen wir die Grundrezepte für die verschiedenen Proteinklassen liefern. Die Forscher in Pharmafirmen müssen diese Rezepte und die Technologie dann nur noch nach ihren Wünschen optimieren“, erläutert Brode. „Ich bin optimistisch, dass in weiteren zehn Jahren die zellfreie Produktion möglich ist“, betonte der wissenschaftliche Projektleiter Frank Bier vom Fraunhofer-Institut für biomedizinische Technik in Potsdam (IBMT).

Ein weiteres Bestreben sei es auch, im Wettbewerb zu den USA und Japan aufzuholen, so Brode. Denn aus diesen beiden Ländern kommen die Forscher, die international als Vorreiter der zellfreien Biosynthese gelten. Einer davon: James R. Swartz von der Stanford University. In Berlin sprach er über die Schwierigkeiten bei der Energieregeneration in Lysaten und den Energiebedarf bei der Proteinsynthese. Von der Universität Tokio kam Takuya Ueda. Auch die israelische Strukturbiologin und Nobelpreisträgerin Ada Yonath war zu Gast. Sie motivierte den Forschernachwuchs: In Bezug auf gesundheitliche Aspekte, die Ernährung oder neue Materialien könne die zellfreie Produktion Antworten auf viele Herausforderungen des 21.

Jahrhunderts liefern.

Reviergrenzen aus Licht Die Fluoreszenz des Rotaugen-Lippfisches (Cirrhilabrus solorensis) ist nicht nur hübsch anzusehen. Der Meeresbewohner nutzt das Leuchten auch, um sein Revier abzustecken.

Wasser absorbiert den Rotanteil des einfallenden Sonnenlichtes, weshalb Fische schon in geringen Tiefen eintönig blau wirken.

Natürliche Bioluminiszenz in den Pigmenten der Fischhaut kann jedoch leuchtende Farben hervorbringen. Das Besondere bei diesem Barschverwandten: Evolutionsökologen der Universität Tübingen konnten nun nachweisen, dass Meeresfische ihre eigene Fluoreszenz sogar selbst wahrnehmen und für innerartliche Interaktionen und als Warnung für Artgenossen nutzen, die in das eigene Revier eindringen.

XXII | 15. Jahrgang | Nr. 4/2014

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© Nico Michiels / Universität Tübingen

Aus der laborwelt.de-Galerie

© nantela/istockphoto.com

Bild: Fraunhofer IBMT

Auf dem Weg zum Designerprotein

Themen

Proteomics Thema des kommenden LABORWELTSpezials: Proteomics. Die vielversprechende Disziplin ist aus dem Labormarkt nicht mehr wegzudenken. Der Proteomics-Markt ist ein wachsendes Milliardengeschäft. Studien zeigen, dass der Umsatz in diesem Segment bis 2018 auf 20 Mrd. US-Dollar ansteigen wird. Ein Grund dafür ist die zunehmende Anwendung Proteomik-basierter Technologien in der personalisierten Medizin. Alles rund um die Forschung am Proteom beleuchtet unser nächstes Spezial. Erscheinungstermin ist der 30. Oktober 2014. Beiträge müssen bis 17. Oktober 2014 eingereicht werden (Redaktionskontakt: b.stolzenberg@biocom.de).

Termine Werbekunden bietet diese Ausgabe, begleitend zu redaktionellen Beiträgen, eine opti­male Plattform für ihre Produkt-und Image­anzeigen. Reservieren Sie Ihren Werbeplatz im Spezial zu Proteomics bis spätestens 17. Oktober 2014. Informationen geben Oliver Schnell (Tel.: +49-30-264921-45, E-Mail: o.schnell@biocom.de) und Christian Böhm (Tel.: +49-30-264921-49, c.boehm@ biocom.de).

Impressum LABORWELT (ISSN 1611-0854) erscheint 5-mal im Jahr im Verlag der BIOCOM AG Lützowstraße 33–36 10785 Berlin, Germany Tel./Fax: 030/264921-0 / 030/264921-11 laborwelt@biocom.de www.biocom.de Redaktion Dipl.-Biol. Thomas Gabrielczyk Tel.: 030/264921-50 Namentlich gekennzeichnete Beiträge stehen in der inhaltlichen Verantwortung der Autoren. Alle Beiträge sind urheberrechtlich geschützt und dürfen ohne schriftliche Genehmigung des BIOCOM Verlages nicht reproduziert oder verbreitet werden.

LABORWELT

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All PerkinElmer rights PerkinElmer PerkinElmer reserved. isis aPerkinElmer a registered registered is a registered trademark trademark is a registered trademark of of PerkinElmer, PerkinElmer, trademark of PerkinElmer, Inc. of Inc.PerkinElmer, All AllInc. other other All trademarks other trademarks Inc.trademarks All other are are the the trademarks are property property the property are of of their their theofproperty respective respective their respective of owners. their owners. respective owners. owners.

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Zellzählung Viabilität Lebend/Tot-Analyse Zellzyklusanalyse Qualitätssicherung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie Toxikologie Qualitätskontrolle in der Milchindustrie Prozesskontrolle bei der Fermentation Biomonitoring

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Detektion von Mikroorganismen: Hefen und Bakterien Virusanalyse Marine Biologie & Algen Prozessoptimierung bei Bioreaktoren Partikelzählung Pharmazeutische Industrie Qualitätskontrolle in der Kosmetik Forschung

Diagnostik/ Forschung ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

Immunologie HIV/AIDS Leukämie Lymphoma Hämatologie Pathologie Krebsforschung DNA-Analyse Stammzellen Apoptose Zellkulturen Absolutzählungen

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Agrosciences/Züchtung/ Aquakulturen Zellsortierung (CyFlow® Cube 8) Zellzyklusanalyse Zellproliferation Zytokine Blutplättchen Leukozytendepletion Viabilität Lebend/Tot-Analyse

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Detektion der Ploidiestufe Pflanzengenomgröße DNA-Analyse Aneuploidie und Allopolyploidie Detektion von Apomixis und Reproduktionsverhalten Detektion von Hybriden

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Polysomatie und Analyse von Pflanzenchimären Geschlechtsbestimmung Zelltypusidentifikation in natürlichen Populationen Spermienzählung Spermienviabilität Spermienfunktion

Sysmex and Partec together a Sysmex Company

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Weitere Informationen unter: www.sysmex-europe.com/partec

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