Thema: Bioanalytik, Mess- und Regeltechnik

Einführung

Die neue Bioanalytik: schneller, präziser, mehr

Wer verstehen will, was die Welt im Innersten zusammenhält, der muss den Dingen auf den Grund gehen, muss beobachten und analysieren. Je genauer die Instrumente funktionieren, die zu diesem Zweck eingesetzt werden, desto besser lassen sich Phänomene erklären. Vorbei jedoch sind die Zeiten, in denen einzelne Analyte in aller Ruhe an der Bench im Labor bestimmt wurden. Forscher und Unternehmen verschieben die Grenze des Möglichen immer weiter: Online-Messungen in Echtzeit sind inzwischen in vielen Bereichen Standard. Nicht nur in der akademischen Forschung kommen inzwischen Multiplex-Verfahren und quantitative Methoden zum Einsatz, um komplexe biologische Proben umfassend zu charakterisieren.

So tüfteln Berliner Forscher an einem Multiorganchip, der bald Tierversuche überflüssig machen könnte. Über den aktuellen Entwicklungsstand informierten Forscher um Roland Lauster und Uwe Marx im  März bei einem Treffen in Berlin. Mit Hilfe modernster Zellkulturtechnik, 3D-Biodruck und Mikrofluidik wurde Ende 2014 die jüngste Entwicklungsstufe erreicht: ein Vier-Organ-Chip, bestehend aus Darm, Leber, Niere und einem Haut-Modul. Das System soll insgesamt 28 Tage lang funktionieren. Mit ihm ließe sich genau das gleiche Testprozedere durchführen wie bei Arznei- und Kosmetiktests an Tieren, versprechen die Forscher.

An der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich treibt derweil eine Forschergruppe um den Systembiologen Ruedi Aebersold die Entwicklung der Massenspektrometrie (MS) voran. Ein neues Analyseverfahren, SWATH-MS, soll MS-Ergebnisse endlich reproduzierbar und auch vergleichbar werden. Damit könnte der Proteomik der Weg in die klinische Diagnostik und die personalisierte Medizin geebnet werden, hofft Aebersold. Wie die Methode funktioniert, verrät der Forscher im Interview mit LABORWELT.

Nicht nur die Rote Biotechnologie profitiert

Es ist aber nicht nur die Rote Biotechnologie, die von den neuen Entwicklungen in der Bioanalytik profitiert. Die kontinuierliche Online-Messung von Prozessparametern während der Fermentation kann dazu genutzt werden, Zellen optimale Kulturbedingungen zu schaffen (siehe Seite XVI). Das sorgt für hohe Erträge und hilft überflüssigen Abfall zu vermeiden und die Umwelt zu schonen.
Auf die Spitze getrieben wird die Bioanalytik sicherlich dann, wenn Reaktionen auf Einzelmolekülebene verfolgt werden. Erst im vergangenen Sommer haben Wissenschaftler des Instituts für Nano- und Biotechnologien (INB) der FH Aachen zusammen mit japanischen Forschern ein solches System aus lichtadressierbaren potentiometrischen Sensoren vorgestellt. Das System könnte künftig bei der Steuerung von Biogasanlagen genutzt werden. Eine Messung der lokalen Ansäuerungsrate auf der Oberfläche eines Sensorchips, der mit prozessrelevanten Organismen bewachsen ist, würde eine kontinuierliche Überwachung der für den Fermentationsprozess wichtigen Bakterien ermöglichen.

All diese Beispiele zeigen: Gerade die Bioanalytik ist einem beständigen Wandel unterworfen. Neue, präzisere oder umfassendere Methoden verdrängen die etablierten Verfahren. Gleichzeitig stößt die Bioanalytik in immer neue Anwendungsgebiete vor. Da ist es nicht verwunderlich, dass der Markt seit Jahren kontinuierlich wächst (siehe Seite IV). Kaum vorstellbar, dass sich das plötzlich ändern sollte. 

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