Pictures of the Future      Herbst 2008

Ein Tausendsassa fürs Labor

Siemens hat ein Laborsystem entwickelt, das viele Geräte und Tests in sich vereint – und die Arbeitsabläufe enorm beschleunigt. In einer Stunde lassen sich damit 200 Proben analysieren und 1 500 medizinische Werte bestimmen.

In medizinischen Labors kommt es vor allem auf eines an – das Tempo. Zu Stoßzeiten landen mitunter stündlich mehrere Hundert Blut- oder Urinproben in den Labors großer Krankenhäuser. Pro Probe werden durchschnittlich knapp zehn Werte ermittelt, die etwa auf Entzündungen, Herzerkrankungen oder einen gestörten Eisenstoffwechsel hinweisen. Die Belastung für die Laboranten ist enorm. Allzu häufig müssen sie mit einer Blutprobe von einem Gerät zum nächsten eilen, hier Wert A und dort Wert B messen. Denn in der Regel stehen in medizinischen Labors verschiedene Apparate, die jeweils nur einige wenige Parameter analysieren. Oftmals muss der Arzt einem Patienten gleich mehrere Ampullen Blut abnehmen, weil die Untersuchung auf mehrere Apparate verteilt wird.

Um künftig die Arbeitsabläufe im Labor zu optimieren, hat Siemens Healthcare Diagnostics im Jahr 2007 mit dem Dimension Vista ein Kombigerät auf den Markt gebracht, das viele Laboranalyse-Geräte in einem vereint. Die grau-weiße Maschine mit der Anmutung eines überdimensionierten Fotokopierers arbeitet in einer Stunde vollautomatisch bis zu 1 500 verschiedene Messungen aus 200 Patientenproben ab. Dem Laboranten erspart sie damit viel Lauferei. Frank Kraft, Produkt-Spezialist für Dimension Vista in Eschborn bringt es auf den Punkt: "Das Gerät kann 97 % aller im Routine- und Notfallbetrieb eines Krankenhauses anfallenden Laboruntersuchungen durchführen." Derzeit können auf dem Dimension-Vista-System simultan 105 verschiedene Para­meter abgearbeitet werden. Das Spektrum reicht dabei von gewöhnlichen Routinemessungen bis hin zu besonders hoffnungsvollen Methoden wie Cystatin C, einem neuen Nierenmarker. Im Laufe des nächsten Jahres kommen weitere auch eher ungewöhnliche hinzu, darunter Marker, die helfen, den richtigen Arzneimittelspiegel einzustellen, um Abstoßungsreaktionen bei Organtransplantationspatienten zu vermeiden. Diese Leistung, sagt Kraft, sei derzeit einzigartig.

Schnelles Viergespann. Dass die Maschine so schnell ist, liegt vor allem an der Integration von vier verschiedenen, parallel arbeitenden Analyseverfahren und ihrer besonders pfiffigen Anordnung im Geräteinnern. Unter der Ver­kleidung verbirgt sich ausgeklügelte Mechanik und eine Art miniaturisierte Abfüllanlage für Proben und Reagenzien. Der Laborant setzt die Probe des Patienten in einem Halter einfach auf ein Transportband, das sie automatisch in das Gerät hineinfährt. Drinnen senkt sich eine Kanüle in das Gefäß. Sie saugt einige wenige Tropfen ab und verteilt diese zunächst auf kleine Vorrats­gefäße. Der Vorteil: Nach wenigen Augenblicken gibt der Apparat das ursprüngliche Probengefäß wieder aus. Die Probe steht für andere Tests zur Verfügung. Bei herkömmlichen Apparaten verbleibt die Ur-Probe oftmals für eine viel längere Zeit im System, bis eine Messung abgeschlossen ist. Erst danach kann der Mitarbeiter die nächsten Messungen an anderen Geräten abarbeiten. Dank der Umfüllung ist Dimension Vista schneller und braucht dank des kleinen Probenvolumens auch weniger Probenmaterial.

Aus den Vorratsgefäßen wird die Probe jetzt in die Messzellen, die Küvetten, übertragen. Diese bilden das Herz der Maschine, den so genannten Küvetten­ring, eine rotierende Scheibe mit Haltern für 182 Küvetten. Um diesen Ring gruppieren sich drei der vier Analysemodule. Dieses integrierte Konzept ist einzigartig und erlaubt es, die Probe zeitgleich – und nicht nacheinander – mit mehreren Analysesystemen zu untersuchen.

Der Küvettenring dreht sich alle paar Sekunden weiter und bringt die Küvetten von einem Messpunkt zum nächsten. Natürlich sind die Tests nach wenigen Sekunden noch nicht abgeschlossen, da in die Patientenproben noch Reagenzien hineinpipettiert werden – Antikörper zum Beispiel, die Kollegen bei Siemens Healthcare Diagnostics entwickeln. Auch das geschieht vollauto­matisch: Über dem Küvettenring schweben kleine Pipettierarme, die Flüssigkeiten aus gekühlten Vorratsbehältern und Gläschen im Bauch der Maschine aufnehmen können. Hier und da bewegt sich ein Arm und spritzt Reagenzien in die Küvette und zwar je nach zu messendem Parameter andere. Manche Reagenzien müssen längere Zeit mit dem Probenvolumen reagieren, bevor ein Wert gemessen werden kann. Kein Problem: Ein Zentral­rechner behält im Blick, wo sich welche Probe befindet und wann sie weiter­verarbeitet werden muss.

Nachdem der Messwert vorliegt, leert und wäscht das Gerät die Küvette. Sie kann so wiederverwendet werden. Für besonders anspruchsvolle Analysen aber lädt das System eine neue Küvette aus einem Vorratsbehälter – auch dies ist einzigartig und verbindet Geschwindigkeit mit hoher Qualität.

Die vier Analyseverfahren im Innern des Gerätes messen ganz unterschied­liche Parameter. In ihrer Kombination sind sie unerreicht. Dazu gehört eine bislang konkurrenzlose Eigenentwicklung – die LOCI-Technik, Luminescent Oxygen Channeling Immunoassay. Bei diesem Immunoassay handelt es sich um einen Test, mit dem man bestimmte Moleküle im Körper des Menschen durch Ankoppeln von Antikörpern nachweisen kann – Moleküle etwa, die auf Blutarmut oder Schilddrüsenerkrankungen hinweisen. Für gewöhnlich fallen hier zahlreiche Pipettier- und Reinigungsschritte an. Bei LOCI entfallen diese Schritte. Der Test ist deshalb bis zu zehnmal schneller als herkömmliche. Außerdem lassen sich damit schon sehr geringe Molekül-Konzentrationen im Blut nachweisen – etwa von Substanzen wie Troponin-I, die bei einem Herz­infarkt freigesetzt werden. Die Blutprobe wird dafür mit den jeweils spezifi­schen Antikörpern versetzt, die an das Molekül binden. Unter Bestrahlung mit Licht setzt dieser Antikörper-Molekül-Komplex angeregte Sauerstoff-Moleküle frei, die wiederum eine zweite Substanz zum Leuchten anregen, was schließ­lich mit einer anderen Wellenlänge gemessen wird. Neben der LOCI-Einheit befindet sich im Dimension Vista ein Photometer, das bestimmte Substanzen durch charakteristische Lichtabsorption erfasst und zudem das V-Lyte-Modul, das die Elektrolyte Natrium, Kalium und Chlorid als Ionen misst.

Proteine verraten Krankheiten. Das vierte Modul schließlich ist das so genannte Nephelometer, das wie die LOCI-Messeinheit zu den Besonder­heiten des neuen Analysegerätes gehört. Die Nephelometrie ist ein optisches Analyseverfahren, mit dem sich die Konzentration fein verteilter Schwebteilchen in diesem Fall in Flüssigkeiten bestimmen lässt. Es wurde maßgeblich von der ehemaligen Firma Dade Behring angewendet und weiterentwickelt, die seit November 2007 zu Siemens gehört. Das Verfahren eignet sich besonders, um so genannte Plasmaproteine im Blut und in anderen Körperflüssigkeiten nachzuweisen – ebenfalls Moleküle, aus denen ein Arzt auf den Gesundheits­zustand des Patienten schließt. So verändert sich im Körper bei bestimmten Erkrankungen die Konzentration charakteristischer Proteine, die man im Blut oder in anderen Körperflüssigkeiten nachweisen kann. Der Arzt kann damit Aussagen über das Herzinfarktrisiko, die Entwicklung rheumatischer Erkrankungen oder gefährlicher Entzündungsreaktionen treffen. "Die Bestimmung von Entzündungen ist zum Beispiel vor Operationen sehr wichtig, um festzustellen wie stark das Immunsystem eines Patienten geschwächt ist", sagt Frank Kraft.

Auch bei der Nephelometrie reagieren die Proteine mit Antikörpern. Je nach Proteinkonzentration bildet sich auf diese Weise ein mehr oder weniger dichtes Protein-Antikörper-Netzwerk, das Licht streut. Aus der Stärke der Streuung kann das Gerät dann die Konzentration an Plasmaproteinen berechnen.

Doppelte Menge in gleicher Zeit. Natürlich verfügen sehr große Labors bereits heute über automatische Analyse-Anlagen, räumt Kraft ein – vollautomatische Laborstraßen, die ganze Räume füllen. Der Großteil privater Labors oder der Labors in Krankenhäusern aber arbeitet nach wie vor mit einem ganzen Park von Einzelgeräten. "Das Dimension Vista ist hier eine ideale Ergänzung", sagt Kraft. "Die goldene Mitte zwischen Vollautomatisierung und dem herkömmli­chen Labor." Wer noch höhere Geschwindigkeiten erreichen will, kann Dimension Vista mit einer zweiten Einheit koppeln. Damit stehen dem gleichen Laboranten über 3000 Bestimmungen pro Stunde zur Verfügung.

Für Laborgeräte sind täglich Überprüfung und Qualitätskontrolle vorge­schrieben – eine Art abendlicher Eichung. Stimmen die Messwerte? Arbeitet der Apparat richtig? Für die meisten Labors mit vielen Geräten bedeutet das einen enormen Aufwand. Dimension Vista kürzt diesen Prozess erheblich ab. Zum einen, weil sich die Zahl der Geräte reduziert, zum anderen, weil es die Überprüfungen und die Qualitätskontrolle vollautomatisch durchführt. "Ultra-Integration", das ist das Attribut, das die Entwickler ihrem Dimension Vista gegeben haben. Keine Frage: Treffender hätte man es nicht beschreiben können.
                                                                                                                  Tim Schröder