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Expertenpanel

Kryotechnik für Biobanken

Seitdem Biobanken als Ressource für das Auffinden diagnostischer Signaturen betrachtet werden, sind immense Beträge investiert worden, um medizinische Informationen aus den Probenmaterialien zu gewinnen. Von erheblicher Bedeutung für die Analysenqualität: die standardisierte Probenentnahme, Probenvorbereitung und automatisierte beschädigungsfreie Probenlagerung. 

Uwe Schön

LABORWELT:

Vor welchen Herausforderungen stehen Logistiker beim Versenden von tiefgefrorenen Proben für Therapie und Forschung?

Schön:

Das Versenden von medizinischen und biologischen Proben stellt die modernen Logistikunternehmen wie DHL, UPS auch in Zeiten von Amazon und anderen Internet-Versendern noch immer vor unlösbare Aufgaben. Insbesondere die Notwendigkeit einer lückenlosen Kühlkette – beginnend bei der Probennahme bis hin zur Einlagerung oder Anwendung für die häufig tiefgefrorenen Zellen – bleibt in vielen Fällen eine Sonderanforderung abseits der ganz großen Stückgutzahlen, die mit den üblichen Transportmitteln nicht zufriedenstellend erfüllt wird.

Es existiert beispielsweise keine Firma am europäischen Markt, die für den vollständigen Umzug von Proben aus Kryolagerbehältern eine sichere Lösung ohne Unterbrechen der Kühlkette anbietet. Das impliziert in vielen Fällen ein erhöhtes Risiko der Erwärmung der Proben, da weder eine lückenlose Temperaturüberwachung der wertvollen Sammlungen nach der Entnahme aus dem Lagerbehälter durchgeführt wird, noch geeignete Schleusensysteme zum Umpacken vorhanden sind. Das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik hat im Umfeld neuer Qualitätsstandards für die Behandlung von tiefkalten Kryoproben bis –196 °C Lagertemperatur auf diesem Sektor Lösungswege geschaffen und geeignete Gerätschaften entwickelt.

Die Erfahrung der Wissenschaftler und Techniker im Umgang mit Kryoproben konnte erfolgreich in Projekten eingesetzt werden. Dabei wurden die Proben aus dem Kryolager entnommen und am Ziel im Kryolager eingebracht. So wurde etwa das wertvolle Jahrzehnte-alte Archiv mit 300.000 Humanproben der Umweltprobenbank des Bundes unter anderem aus sechs Behältern der Größe 1.400 Liter bei Temperaturen bis zu –196°C entnommen, über 500 km transportiert und anschließend wieder sicher eingelagert. Die Vorgänge wurden im Vorfeld simuliert und die Temperaturen lückenlos gemessen. Mit online-Überwachung auch während des Transports wäre auch ein etwaiges Überschreiten der zulässigen Lagertemperaturen per Alarm gemeldet worden. Mit auf dem Transportweg befanden sich die geeigneten Notfalllösungsmittel des Fraunhofer-IBMT wie Ersatzbehälter, genügend flüssiger Stickstoff zum Kühlen und hochqualifiziertes Personal zur Rettung der Proben. 

        

Dr. Uwe Schön ist Physiker am Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik in Sulzbach. 

uwe.schoen[at]ibmt.fraunhofer.de

Ben Spindler

LABORWELT:

Wie lässt sich die beschädigungsfreie Lagerung von Zellen effizient automatisieren? 

Spindler:

Biobanken befinden sich im Wandel. Harmonisierungsbestrebungen, Kostendruck sowie gesteigerte Anforderungen im Qualitätsmanagement steigern das Bedürfnis nach automatisierten Lösungen. Die allseits bekannten Megabiobanken haben diesen Automationsbestrebungen mit Millionenbudgets entsprochen, jedoch ist hier die vollautomatisierte Lagerung im Idealzustand – bei Temperaturen unterhalb von -170°C – noch nicht Realität. Wegen der oft eingesetzten Mikroplatten-Formate ist die individuelle Probenansteuerung unerreicht, ebenso wie die dauerhaft erschütterungsarme und Wärmeexposition-eliminierende Lagerung.

Auch kleinere Sammlungen beabsichtigen die Lagerbedingungen (ablösende Labels, Suchvorgänge und damit verbundene Probenerwärmung) und Probendokumentation (Inventarisierung) zur verbessern. Auch für dieses kleinere Segment ist die für Zelllinien so wichtige Automation der Stickstofflagerung nicht gelöst. 2013 wollen Anbieter, darunter Sysmex Bioscience, diese Lücke mit Systemen schließen, die Stickstofflagerung unter -170°C und Vollautomation vereinen. Passiert dies auf Basis einer Cherry Picking-Lösung mit der Möglichkeit einzelne Tubes ein- und auszulagern, bleibt die Qualität der Sammlung dauerhaft gesichert. Besonders spannend wird der Einzug neuer Identifizierungstechnologien, wie die kryogängige Memory Chip- und RFID- Technologie, die eine Unverwechselbarkeit von Proben sowie das elegante „Inventar auf Knopfdruck“ ermöglichen.

Dr. Ben Spindler ist Direktor der Sysmex Bio­science Europe, dem Schweizer Spezialisten für die Verarbeitung tiefgekühlter Proben. 

spindler.benjamin[at]sysmex-bioscience.com

Heiko Zimmermann

LABORWELT:

Welche kryobiotechnologischen Trends zeichnen sich derzeit im Biobanking ab?

Zimmermann:

Das Biobanking unterliegt momentan einem rasanten Wandel: weltweit, aber gerade auch in Deutschland. Die explodierenden Probenzahlen und der Start der Beprobung von großen Kohorten mit krankheitsorientierten und epidemiologischen Fragestellungen haben zu einem Automatisierungsdruck in der Tieftemperaturlagerung geführt. Die Folge ist nun die Installation unterschiedlichster Systeme, über die einerseits noch keine Langzeiterfahrungen vorliegen und die andererseits – zumindest physikalisch – in nicht optimalen Temperaturbereichen für die Proben arbeiten. Gleichwohl bestimmen die Einfrier- und Lagertechnologien zweifellos die Qualität der Proben und die Aussagekraft der davon abgeleiteten Ergebnisse.

Im Fokus der kryobiologischen Forschung wird daher nun die Etablierung retrospektiver Qualitätskontrollen stehen, die sowohl physikalische Messprinzipien anwenden (z. B. die Eisstruktur einer Probe) als auch biologische Marker, um die Qualität einer Probe im Nachhinein zu bestimmen. Gleichzeitig müssen die Einfrier- und Auftauverfahren weniger invasiv und zugänglicher für die medizinische Zulassung werden, zum Beispiel durch die Verbesserung der Vitrifikations- und auch der Einfrierverfahren mittels Eisnukleation.

Parallel dazu muss auch – gerade im Hinblick auf die Verwendung von konservierten Zellen und Gewebe im klinischen Kontext – die Invasivität der Konservierungsverfahren auf molekularbiologischer und funktioneller Ebene besser untersucht werden.

Prof. Dr. Heiko Zimmermann ist Hauptabteilungsleiter des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik in St. Ingbert.

heiko.zimmermann[at]ibmt.fraunhofer.de

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Heft 3/2012

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