Autoimmunanalyzer: Ein Ziel – mehrere Wege (mit tabellarischer Übersicht)

Die Neuauflage des tabellarischen Vergleichs der Autoimmunanalyzer umfasst derzeit in der Laborroutine etablierte Vollautomaten von vier Herstellern. Verschiedene Formen von Immunoassays wie Chemilumineszenz-Immunoassay (CLIA), Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) und Fluoreszenz-Immunoassay (FEIA) sind vertreten. Zusätzlich sind auch Geräte mit Fluoreszenzmikroskopen mit automatisierter Bildauswertung für Immunfluoreszenz-Tests (IFT) und kombinierte Vollautomaten dabei.

Die Autoimmundiagnostik beinhaltet zwar ganz unterschiedliche Methoden, die aber alle auf dem Nachweis von Antigen-Antikörper-Reaktionen beruhen. Nachgewiesen werden Autoantikörper gegen humane Makromoleküle, z. B. DNA, gegen Zellstrukturen, z. B. Mitochondrien, und deren Lokalisation in der Zelle. Anhand dieser Autoantikörper lassen sich Autoimmunerkrankungen in unterschiedliche Krankheitsbilder einteilen und dazu passende Therapieansätze finden.

Auch in der Autoimmundiagnostik geht es nicht mehr ohne Automation. Ziel ist es, einen Laborbetrieb mit möglichst hoher Standardisierung bei knapper werdendem Fachpersonal aufrechtzuerhalten. Eine Strategie kann die Zusammenfassung unterschiedlicher Analyseverfahren in einem Gerät sein. Das hat ein Hersteller umgesetzt und ELISA sowie IFT auf einer Geräteplattform vereint (S. 137 links). Ein weiterer Analysator kann den gesamten Workflow des IFT bestehend aus der Probenvorbereitung inklusive des Eindeckens mit integriertem Fluoreszenzmikroskop für die Auswertung (S. 134) abbilden.

Gleichzeitig wird immer deutlicher, dass nicht nur mit den menschlichen, sondern auch mit anderen Ressourcen wie Strom   und Wasser sorgsam umgegangen werden muss.

Umwelteigenschaften

In der heutigen Zeit richtet sich der Fokus immer mehr auf Umwelteigenschaften von Gebrauchsgegenständen. Daher interessiert man sich nun auch für die Umweltkennzahlen von Analysegeräten. Zu den Umwelteigenschaften gehören Stromverbrauch, Geräuschemission, der Verbrauch von destilliertem Wasser (Aqua dest.) und das Abfallmanagement. Mittlerweile wird deutlich, dass es nicht mehr nur um Umwelt-, sondern auch um finanzielle Belastungen geht.

Für ein Labor mit großem Gerätepark ist es durchaus relevant, wie hoch der Stromverbrauch der einzelnen Geräte ist (s. Rubrik System- und Leistungsdaten in der Tabelle). Möglicherweise gilt das für Mikroskope weniger, weil sie nur für einen Teilaspekt des gesamten Verfahrens, die Auswertung, benötigt werden und dadurch kürzere Laufzeiten haben.

Der Wasserverbrauch ist ebenfalls ein Umwelt- und ein Kostenfaktor. Alle hier vertretenen Geräte nutzen, wenn sie Wasser z. B. für Spülzyklen benötigen, Aqua dest. Einige benötigen allerdings überhaupt kein Wasser. Dazu gehören zum einen natürlich die Mikroskope, aber auch ein Photometer und ein Luminometer (s. S. 137) kommen ohne Aqua dest. aus.

Das Abfallmanagement ist ein weiteres großes Thema. Die Verbrauchsmaterialien können der Tabelle entnommen werden. Beim Abfall wird zwischen fest und flüssig unterschieden. Wer Wasser benötigt, gibt es auch wieder ab; allerdings in der Regel mit einem geringeren Reinheitsgrad. Wie dieses Abwasser behandelt wird, unterliegt in der Regel den Vorgaben des jeweiligen Laborbetreibers. Wenn es in einem Kanister gesammelt wird, gibt es bei den meisten Systemen eine Füllstandsanzeige. Oft besteht auch die Möglichkeit eines Anschlusses direkt an die Abwasserleitung.

Verbrauchte Teststreifen, Pipettenspitzen oder Einmalküvetten werden gezählt (s. Tabelle S. 136) oder anders ausgedrückt: Der Festabfallbehälter wird ebenfalls überwacht.

Auch die Geräuschkulisse gehört zu den Umwelteigenschaften. Sie wird als der Schalldruckpegel in der Maßeinheit Dezibel (dB) und idealerweise in einem definierten Abstand zu den Personen angegeben, die dem Geräusch ausgesetzt sind (dBA).

Präanalytik und Reagenzien

Die hier vorgestellten Vollautomaten verarbeiten – mit Ausnahme der Mikroskope – Primär- und Sekundärproben. Das bedeutet, dass sie über Racks oder ein Probenkarussell mit Primärröhrchen bestückt werden können. Die Probenzufuhr erfolgt im Random-Access-Betrieb, d. h. die Proben können beliebig in das Gerät eingestellt werden. Eingeschränkt wird der Random Access bei einigen Systemen lediglich dadurch, dass die Proben nicht beliebig nachgeladen werden können. Das ist z. B. bei einem Probenkarussell der Fall; dieses muss erst vollständig abgearbeitet sein, bevor das Gerät neu bestückt werden kann.

Grundvoraussetzung für den Random-Access-Betrieb ist die bidirektionale Kommunikation. Alle Systeme in dieser Tabelle kommunizieren mit dem Laborinformationssystem (LIS) bidirektional. Der Daten­transfer geht dabei in beide Richtungen: vom Analysator zum LIS und umgekehrt. Die eindeutige Auftragsnummer der Probe ist im Barcode verschlüsselt. Dieser wird über einen an das Analysegerät angeschlossenen Barcode-Reader eingelesen und an das LIS gesendet. Das LIS verfügt über einen Datensatz der getesteten Person, der die Auftragsnummer und zusätzlich die angeforderten Tests enthält. Dadurch ist die Verknüpfung hergestellt und das LIS schickt die angeforderten Tests an das Analysegerät.

Automaten, die Primärröhrchen verarbeiten, prüfen in der Regel auch deren Füllstand (Liquid Level Detection) und detektieren Blutgerinnsel in der Probe (Clot Detection). Darüber hinaus müssen sie je nach Analyt auch Vorverdünnungen pipettieren, denn der lineare Bereich ist bei den nachzuweisenden Antikörpern oft relativ eng.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen den hier vorgestellten Systemen ist die Kühlung der Reagenzien im Gerät. Ist eine Kühlung vorhanden (vgl. Tabelle), können die Reagenzien im Gerät verbleiben. Ohne Kühlung ist es erforderlich, dass die Reagenzien nach Tagesabschluss im Kühlschrank aufbewahrt werden.

Ein Hersteller hat die Reagenzien passend in verschiedenen Kavitäten in einem Teststreifen vorbereitet. Die Teststreifen werden erst kurz vor der Messung durchstochen, sodass keine Kühlung erforderlich ist. Ungeöffnet sind die Teststreifen über ein Jahr haltbar (S. 136 links).

Die Reagenzien sind wie die Patientenproben barcodiert. Auch hier werden 1D- oder 2D-Barcodes verwendet. Anhand des Barcodes, insbesondere des 2D-Barcodes, lassen sich die für eine Probe verwendeten Reagenzien bis zur Charge zurückverfolgen.

Die Systeme sind in der Regel auf die Rea­genzien des Geräteherstellers angewiesen. Nur ein einziges Gerät ist Reagenz-offen und in der Lage, auch Reagenzien anderer Anbieter zu verarbeiten (s. S. 137 links).

Die Nachweisverfahren

Fragestellungen in der Autoimmundiagnostik können ganz unterschiedlich bearbeitet werden [1]: Klassische ELISA-Methoden sind genauso etabliert wie CLIA und FEIA oder IFT. Letztere erfolgt an auf Objektträgern fixierten Einzellern der Gattung Crithidia luciliae, an besonders geeigneten Zelllinien oder an Magen-/Leber-/Niere-Gewebeschnitten von z. B. Rattengewebe und dient in erster Linie dem Screening auf Autoantikörper. Dabei kann die Antigen-Antikörper-Reaktion innerhalb der Zelle genauer lokalisiert werden, z. B. beim Nachweis von anti-neutrophilen cyto­plasmatischen Antikörpern (cANCA, häufigstes Zielantigen Proteinase 3) und perinukleären, cytoplasmatischen Antikörpern (pANCA, häufigstes Zielantigen Myeloperoxidase). Ein weiteres Beispiel für die Detektion von sehr spezifischen Antikörpern im IFT ist der Nachweis von Auto­antikörpern gegen doppelsträngige DNA in Zellen von Crithidia luciliae, wie sie für einen systemischen Lupus erythematodes typisch sind. Auch hier ist das Fluoreszenzmuster entscheidend. Die Einzeller zeigen im positiven Fall nicht nur Fluoreszenz im Zellkern, sondern auch in Kinetoplasten.

Mithilfe von Zelllinien, z. B. der Larynx­karzinom-Zelllinie HEp2, kann ein Screening auf verschiedene Autoantikörper durchgeführt werden. Wichtige Hinweise auf das Zielantigen beim ANA-Screening auf Hep2-Zellen kann das Fluoreszenzmus­ter geben. Häufig findet man ein nukleoläres, gesprenkeltes oder homogenes Fluoreszenzmuster bei den Kollagenosen. Ein zentromeres Muster ist z. B. typisch für das CREST-Syndrom, eine Unterform der Sklerodermie.

Die Gewebeschnitte oder Zelllinien sind auf Objektträgern fixiert. Die Patientenprobe wird auf die Objektträger aufgetragen; sind passende Antikörper vorhanden, entsteht ein sehr stabiler Antigen-Antikörper-Komplex. Die nicht gebundene Patientenprobe wird mit dem nächsten Waschschritt entfernt. Um die Antigen-Antikörper-Reaktion sichtbar zu machen, werden sekundäre Antikörper verwendet, die gegen humanes Immunglobulin, in der Regel IgG, gerichtet sind. Für den Nachweis ist der sekundäre Antikörper darüber hinaus mit einem Fluoreszenz-Farbstoff markiert oder an ein Enzym gekoppelt. Werden im IFT-Screening Autoantikörper nachgewiesen, schließt sich eine genauere Spezifizierung durch Immunoassays an, basierend auf ELISA-, FEIA-, CLIA-Techniken oder Westernblot.

Die unterschiedlichen Autoimmunerkrankungen lassen sich anhand des Mus­ters von Antikörpern gegen körpereigene Strukturen charakterisieren. An diesem Punkt kommt eine Software ins Spiel, die Ergebnisvorschläge macht. Zwei Hersteller geben an, dass sie eine Auswertung der Muster an Autoantikörpern gemäß den ICAP-Richtlinien anwenden [2]. Zum Teil kommt dafür eine Middleware zum Einsatz. Bei den CLIA-, ELISA-, und FEIA-Verfahren wird dagegen ein rekombinant hergestelltes oder aufgereinigtes Antigen eingesetzt. Die Auswertung erfolgt qualitativ anhand eines Cut-off-Wertes (negativ, positiv) oder quantitativ anhand einer Standardkurve (arbitrary units).

Wartung und Qualitätskontrolle

Der Aufwand zur Reinigung und Wartung der Geräte und die im Rahmen der Qualitätssicherung vorgeschriebene Rückverfolgung der Reagenzien, Qualitätskontrollen und Patientenproben ist bei knapper Personaldecke ein wichtiger Aspekt. Die Vollautomaten verfügen über automatische Reinigungsschritte wie Spülzyklen für die Nadeln bzw. Pipettoren, die Patientenproben und Reagenzien pipettieren. Oft handelt es sich bei der Reinigung um voll- oder zumindest halbautomatische Arbeitsschritte, die vom Anwender begleitet werden. Die Wartung erfolgt teilweise durch das Laborpersonal und in halb- bis jährlichen Abständen durch Servicetechniker des Herstellers (vgl. Tabelle). In der Tabelle finden Sie auch Informationen dazu, wie viele Servicetechniker den Firmen in Deutschland zur Verfügung stehen.

Dr. Gabriele Egert
Prof. Dr. Rudolf Gruber
Mitglieder der Redaktion