LABOR

Ein Covid-19-Test ist ein aufwendiger Prozess, der bis zu sechs Stunden Zeit in Anspruch nehmen kann und viele verschiedene Arbeitsschritte, Personal und aufwendige Handarbeit benötigt.

Vom Abstrich bis zur Laborauswertung

Wie läuft ein Covid-19-Test ab?

Dank der besseren Verfügbarkeit von Testmaterial und der Einführung neuer Teststrategien konnten die Covid19-Tests in den letzten Monaten rasch ausgeweitet werden. Das Reisemedizinische Zentrum und das DiagnostikZentrum des Schweizerischen Tropen- und Public-Health-Instituts (Swiss TPH) bieten den Sars-CoV-2-PCR-Test sowie den Antiköpertest an. Der illustrierte Artikel zeigt, wie ein solcher PCR-Test genau durchgeführt wird und welche arbeitsintensiven Schritte im Labor damit verbunden sind.

Personen, welche Covid-19-Symptome aufweisen (nur für Mitarbeitende und deren Angehörige) oder asymptomatische Personen, welche einen Covid-19-Test für Reisezwecke benötigen (offen für die allgemeine Bevölkerung), können sich am Swiss TPH testen lassen.

Der Nasen-Rachen-Abstrich

Wer zum Test ans Swiss TPH kommt, erhält sowohl einen Nasen- als auch einen Rachen-Abstrich (Bild 1). Es ist wichtig, dass beide Abstriche genommen werden, damit die Chancen möglichst hoch sind, potenziell vorhandene Viren zu detektieren. Der Nasen-Rachen-Abstrich dauert etwa 10 Sekunden. Das medizinische Personal ist dabei mit einer Schutzbrille,

Bild 2: Die Probe wird mit einem Strichcode versehen. Wichtige Informationen werden im Laborinformationssystem gespeichert.

Handschuhen, einer FFP-2-Maske, einem Einweg-Laborkittel und einer Haube geschützt.

Erfassen der Probe

Das medizinische Personal bringt die entnommene Probe in das Diagnostik-Labor. Hier wird die Probe zunächst erfasst und erhält einen eindeutigen Strichcode, damit keine Proben verwechselt werden (Bild 2). Alle relevanten Patientendaten (Name, Geburtsdatum), klinische Daten (z. B. Symptome) sowie weitere Daten (z. B. Reisepass-Nummer) werden im Laborinformationssystem erfasst. Dieses ist geschützt und nur für das Laborpersonal zugänglich.

Die aufwendige Vorbereitung

Anschliessend wird die Probe vorbereitet, um das genetische Material des Virus zu entnehmen (Bild 3). Dabei werden höchste Sicherheitsstandards eingehalten. Nun durchläuft die Probe verschiedene Arbeitsschritte, um das Erbmaterial des Virus – die sogenannte Ribonukleinsäure (RNA) – freizusetzen und aufzureinigen. Mehr als zehn Arbeitsschritte werden durchlaufen (Pipettieren, Zentrifugieren, Waschen, etc.) und am Ende liegt die reine RNA vor. Dieser Vorgang dauert bis zu drei Stunden, abhängig von der Anzahl der zu testenden Proben.

Nachweis der viralen RNA

In einem nächsten Schritt wird die gereinigte RNA einer Kombination von verschiedenen Reagenzien zugeführt und anschliessend die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) gestartet. Die PCR-Reaktion kopiert spezifische Bereiche des Genoms des Sars-CoV-2-Virus, was zu einer Vervielfältigung dieser Abschnitte führt.

Bild 3: Die Probe wird für Entnahme des genetischen Materials vorbereitet.

Wenn Sars-CoV-2-RNA in der Probe vorhanden ist, werden die spezifischen Abschnitte mittels PCR vervielfältigt und können nachgewiesen werden. Dies bedeutet, dass die Probe Sars-CoV-2 positiv ist. Ist in der Probe kein Virus vorhanden, kommt es zu keiner Vervielfältigung der spezifischen Abschnitte und das Testresultat fällt somit negativ aus. Die Resultate liegen nach 1,5 Stunden vor (Bild 4).

Validierung der Testresultate

Jedes Resultat wird in das Laborinformationssystem übertragen und zunächst vom Laborpersonal (technische Validierung) und anschliessend vom wissenschaftlichen Leiter (medizinische Validierung) überprüft und validiert. Die Testergebnisse werden dann über eine sichere E-Mail an den Patienten oder die Patientin und an deren Ärztin oder deren Arzt verschickt. Zusätzlich müssen die Testergebnisse dem Bundesamt für Gesundheit (BAG) gemeldet werden und bei positivem Befund zusätzlich dem zuständigen Kantonsarzt. Ein Covid-19-Test ist ein aufwendiger Prozess, der bis zu sechs Stunden Zeit in Anspruch nehmen kann und viele verschiedene Arbeitsschritte, Personal und aufwendige Handarbeit benötigt.

Swiss TPH News www.swisstph.ch

Bei Mensch und Software kommt es auf Kommunikation an

Mehr Licht fürs Team – mehr Tempo in der HPLC

Das Labor der Zukunft durchflutet mehr Licht, entlastet das Team von lästigen Routinearbeiten und gibt Forschung und Kreativität mehr Raum. Gleichzeitig interagieren Softwares stärker miteinander – und bringen zum Beispiel mehr Tempo in die HPLC-Methodenentwicklung.

Der Abzug als klassisches Element von Chemielaboratorien symbolisiert den Wandel in beeindruckender Weise: Man ist es gewohnt, ihn von Hand öffnen und schliessen zu können. Bei modernen Varianten tippt man einfach mit dem Fuss gegen einen fast unsichtbar unter dem Unterschrank integrierten Schalter – schon fährt der Frontschieber automatisch nach oben. Das ist ergonomisch, und die Hände des Laboranten bleiben frei, um im nächsten Moment mit dem Versuchsaufbau zu beginnen.

Alarm vom Abzug

Zwanzig Minuten später läuft vielleicht schon eine Reaktion. Aus Sicherheitsgründen lässt der Laborant den Frontschieber herunter. Nun öffnet er die beiden Seitenschieber des modernen Abzugs, um von dort letzte Temperaturnachregelungen vorzunehmen. Dann möchte er sich für andere Arbeiten entfernen und lässt versehentlich die Seitenschieber offen. Doch der Abzug bekommt das über seinen Bewegungsmelder mit. Sogleich signalisiert er mit rot aufleuchtenden LED-Lampen und einem Alarmton: «Achtung, hier stimmt etwas nicht – bitte noch einmal zurück und alle Schieber schliessen!» Der Laborant kommt der Aufforderung nach, entfernt sich nun endgültig und behält den Fortgang der Reaktion doch stets im Blick. Denn eine hygienisch einwandfrei in die Abzugsdecke integrierte Webcam, überträgt alles auf sein mobiles Endgerät – ober wahlweise auf einen PC an seiner nächsten Arbeitsinsel. Auch die gesamte Anmutung des Abzugs wird smarter. Wirkt die klassische Ausführung eher wie ein Gehäuse, fällt in Zukunft sehr viel mehr Tageslicht durch Seitenteile und Rückenwände aus Glas. Dieses stellt

Bild 1: Hier präsentiert sich eine aktuelle Laboreinrichtung mit Tischabzügen inklusive geräumigen Unterschränken und Medienwänden an der Technischen Universität Hamburg auf 700 Quadratmetern.

übrigens nicht zuletzt wegen seiner hohen Resistenz gegenüber Chemikalien einen Idealwerkstoff dar. Für das Laborteam schafft das eine kommunikative Atmosphäre: Man sieht sich, verständigt sich einfacher und hilft sich unmittelbar. Und das lässt ganz allgemein den Gedanken und Ideen mehr Freiraum.

Kommunikative Software

Eine bessere Verständigung steht auch bei der Software ganz oben auf der Tagesordnung. Das mag zuweilen etwas abstrakt wirken, wenn sich zum Beispiel in der Analytik immer mehr Geräte – wie Probenaufbereitungsroboter, Autosampler und Detektoren – miteinander zu riesigen «Strassen» vernetzen. Natürlich bringt das Tempo, und am Ende stehen standardisierte und gut handhabbare Protokolle der Ergebnisse. Aber wo bleibt der nächste qualitative Riesenschritt? Er könnte darin bestehen, dass in weitreichende ChromatographiedatensoftwarePakete (CDS) zunehmend Scouting- oder Methodenentwicklungsverfahren für die HPLC integriert werden.

Konzepte für die Methodenentwicklung

Scouting-Softwares screenen stationäre und mobile Phasen für eine bestimmte chemisch-analytische Fragestellung, erstellen aus einer Vielzahl von Chromatographie-Experimenten einen Datenreport und ermöglichen eine automatisierte und effi-

Bilder 2 und 3: Ästhetische Gestaltung von Laboren der Ludwig-Fresenius-Schulen und der Technischen Universität Hamburg: klar und sachlich, farblich dezent akzentuiert.

zientere Methodenoptimierung. Ziel sind meistens sauber basisliniengetrennte Peaks. Darüber hinaus ist ein Up- oder Downscaling bestehender HPLC-Methoden möglich (z. B. Method Scouting Solution und Method Transfer, Shimadzu, Duisburg). Scouting-Softwares simulieren allerdings keine Chromatogramme. Dies ist den «echten» Methodenentwicklungsprogrammen vorbehalten, zum Beispiel der Software Drylab (Molnár-Institut, Berlin). Sie kann nach Vorgabe einiger experimenteller Chromatogramme (typischerweise 12) eine Vielzahl neuer Chromatogramme (> 1 000 000) unter veränderten Bedingungen berechnen (andere Fliessmittelzusammensetzung, andere organische Komponente, anderer pH-Wert etc.) und die optimale Trennmethode finden. Auch deren Test auf Robustheit gegenüber kleinen Abweichungen von den Ideal-Bedingungen, wie sie im Alltag erfahrungsgemäss vorkommen können, ist Teil des Leistungsumfangs. Schliesslich lässt sich in einem nächsten Schritt die Analysenzeit minimieren, und am Ende wird die Gesamtheit aller Ergebnisse in einem sogenannten «Knowledge Management Document» (KMD) für das eigene Laborteam wie für Aussenstehende (z. B. Behörden) nachvollziehbar zusammengestellt. Während Drylab immer von experimentellen Chromatogrammen ausgeht und die chemischen Strukturen der Analyten unberücksichtigt lässt, leitet das Methodenentwicklungsprogramm ChromSword (Dr. Galushko Software Entwicklung GmbH, Mühltal) aus eben jenen chemischen Strukturen in Kombination mit bekannten charakteristischen Säulenparametern aus einer umfangreichen Datenbank alles her. Das ergibt geeignete chromatographische Startbedingungen ohne einen einzigen HPLC-Lauf! Auf dem Stand der Technik lässt sich damit ein vollroboterisiertes System betreiben: Die Software schlägt neue chromatographische Bedingungen vor, ein entsprechender Datensatz wird an die HPLC-Hardware geschickt, und die Ergebnisse neuer Läufe erhält wiederum die Software als zusätzlichen Input für die weitere Optimierung.

Intensivierte Zusammenarbeit

Aktuell wächst alles zusammen. ScoutingSoftware kommuniziert mit Methodenentwicklungsprogrammen (z. B. Shimadzu mit DryLab oder mit der ACD/Method Selection Suite von Advanced Chemistry Development, Toronto). DryLab wiederum lässt sich mit leistungsfähigen CDS-Paketen verbinden, unter anderem mit der Analytik-Software Empower (Waters, Milford/Eschborn). Dies hat besonders weitreichende Konsequenzen. Denn Empower setzen nicht nur Anwender der HPLC- und UPLC-Systeme von Waters ein. Diese Analytik-Software kombiniert man gern auch mit vielen anderen Systemen (z. B. von Agilent). Die HPLC-Methodenentwicklung scheint, gegenüber klassischen «Trial-&Error»-Verfahren, durch Software-Integration systematischer und schneller zu werden. Ob offeneres Design für das Labor-Team oder unterschiedliche Software-Tools für analytische Aufgabenstellungen – stets führt eine intensivierte Kommunikation auf die nächste Entwicklungsstufe. Dasselbe gilt für die Besucher der diesjährigen Ilmac in Basel. Sie begutachten die obigen Entwicklungen, vergleichen, diskutieren darüber und optimieren auf dieser fundierten Informationsbasis ihr eigenes Labor.

Ilmac Basel 2021 Dauer: Dienstag, 19. Oktober, 9.00 bis 17.00 Uhr Mittwoch, 20. Oktober, 9.00 bis 18.30 Uhr Donnerstag, 21. Oktober, 9.00 bis 17.00 Uhr Ort: Messe Basel, Halle 1.0 Veranstalter: MCH Messe Schweiz (Basel) AG info@ilmac.ch www.ilmac.ch