Von der Forschung in die Routine

Kompakte Systeme für die Durchflusszytometrie

Die Durchflusszytometrie hat inzwischen ihren festen Platz in der Laboranalytik gefunden, obwohl sie zu den Techniken gehört, deren Automatisierung nicht einfach und vielleicht auch nicht immer sinnvoll ist. Es kommt auf die Art der Anwendung an. Die zehn hier tabellarisch vorgestellten kompakten Durchflusszytometer (DFZ) bilden einen guten Querschnitt durch das, was aktuell auf dem Markt der Forschungs- und Routinegeräte verfügbar ist.

Das herausragende Merkmal der Durchflusszytometrie ist die Möglichkeit, durch den Einsatz von hochspezifischen Antikörpern und Fluoreszenzfarbstoffen unterschiedlicher Wellenlänge Multiplex-Messungen durchzuführen, die den Phänotyp einer Zelle sehr detailliert beschreiben. Die Identifikation erfolgt vor allem über charakteristische Antigenmuster auf der Zelloberfläche, teilweise auch über die Anfärbung intrazellulärer Komponenten. Da die Analyse auf Einzelzellebene erfolgt, ergeben sich gewaltige Datenmengen, die die Charakterisierung und Quantifizierung jeder Zellart inklusive etwaiger Subklone erlaubt.
Anwendungsbeispiele aus der hämato-onkologischen und immunologischen Routine sind Diagnose und Verlaufsbeobachtung von Leukämien und Lymphomen oder die Bestimmung des Immunstatus bei HIV-Patienten. Auch die Qualitätskontrolle von Blutprodukten (Kontrolle der Leukozytendepletion bei Erythrozytenkonzentraten bzw. der Zelldepletion bei Plasma) gehört zu den Routineanwendungen für Durchflusszytometrie.
Ein wichtiges Einsatzgebiet ist weiterhin die medizinische Forschung, beispielsweise zur Erfassung von extrazellulären Vesikeln im Mikro- und Nanometerbereich, die Zellzyklusanalyse für die Krebsforschung oder die Quantifizierung von Zytokinen im Rahmen der Entzündungsforschung. Und schließlich findet die Durchfluss­zytometrie außerhalb der Medizin ein weites Anwendungfeld. So werden Ploi­die-Analysen in der Pflanzenzüchtung, Zellzahlbestimmungen in der Milch für die Lebensmittelindustrie und Analysen mikrobieller Partikel zur Beurteilung der Wasserqualität benötigt.

Tabellarische Übersicht

Noch vor wenigen Jahren war der Workflow in der Durchflusszytometrie so komplex, dass die Durchführung Speziallaboratorien vorbehalten blieb. Doch nun kommen die ersten CE-IVD-zertifizierten Systeme auf den Markt, bei denen der größte Teil des Workflows ohne manuellen Eingriff abläuft – von der Probennahme über die Analytik bis zur Auswertung und Qualitätskontrolle. Unsere Tabelle auf S. 184 bis 187 zeigt das gesamte Spektrum – vom flexiblen Forschungsgerät bis zum Vollautomaten für den Routineeinsatz.
Wir haben die Abfrageparameter in fünf Kategorien eingeteilt, von Systemmerkmalen über Proben und Reagenzien bis zu Prozess- und Leis­tungsdaten sowie Informationstechnologie und Wartung. Besonderheiten und Alleinstellungsmerkmale werden zusammen mit den Kontaktdaten der Anbieter in einem gesonderten Textblock auf S.186 aufgeführt.
Zertifizierte Routinetauglichkeit
Die Probenzufuhr erfolgt teils manuell, teils automatisiert im Batch-Verfahren. Es gibt Auto­loader und Liquid-Handler für verschiedene Röhrchenformate wie auch für Mikrotiter- und Deep-Wellplatten. Bei einem Gerät erfolgt die Probennahme nach Überprüfung des Flüssigkeitsstandes direkt aus dem geschlossenen Röhrchen mittels Cap-Piercing. Für CE-IVD-zertifizierte Geräte gibt es gebrauchsfertige Testkits zur Immunphänotypisierung, für die Qualitätskontrolle von Blutprodukten oder auch zum HLA-B27-Antigentest auf Erythrozyten.

Leistungsfähige Forschungsgeräte

Durchflusszytometer für die Forschung besitzen benötigen nicht zwingend eine CE-IVD-Zertifizierung. Dank der Vielzahl kommerzieller Antikörper und Fluorochrome können sie für die Entwicklung von Inhouse-Assays eingesetzt werden. Drei Geräte auf S. 185 sind mit einer peristaltischen Pumpe zum Ansaugen der Probe ausgestattet und nutzen als Detektoren Avalanche-Photodioden, deren Zahl unterschiedlich aufrüstbar ist. 
Auch die letzten vier Durchflusszyto­meter in der Tabelle sind nur für Forschungs- und Inhouse-Testung konzipiert. Bei ihnen ist der Anschluss eines Auto­loaders für verschiedene Röhrchen- und Mikrotiterplattenformate möglich.
Zwei dieser Geräte sind mit Dioden und Photomultipliern ausgestattet, die beiden anderen mit flexibel erweiterbarer Anzahl von Photomultipliern. Alle Forschungs-Durchflusszytometer sind in der Lage, mit unterschiedlichen volumetrischen Methoden die Absolutzellzahl ohne Referenzbeads zu bestimmen.

Zusätzliche Hardware und Software

Manchmal ist trotz aller Automatisierung eine manuelle Probenvorbereitung unumgänglich, um zum Beispiel Gewebe­zellen vor der Messung aus der Zellsuspension zu entfernen. Zellsiebe mit unterschiedlicher Siebporengröße können dazu direkt auf das Röhrchen aufgesetzt werden (s. unten). 
Bar­codeleser zur Probenidentifika­tion, die in einen Handscanner oder Auto­loader integriert sind, gehören zur Standardausstattung. Für die Auswertung durchflusszytome­trischer Ergebnisse benötigt man ferner eine äußerst leis­tungsfähige Software. Die Kompensation verläuft größtenteils automatisch.
Besonders kompakt sind die letzten beiden Durchflusszytometer in der Tabelle, von denen eines optional mit einem passenden Koffer geliefert werden kann. Ersteres wurde mit einem Designpreis ausgezeichnet.
Für die Qualitätskontrolle nutzen alle Geräte Kontrollbeads; bei zertifizierten Workflows für Blut als Untersuchungsmaterial kommt zusätzlich stabilisiertes Kontrollblut zum Einsatz.

Fazit

Die Durchflusszytometrie ist noch immer vor allem eine Schlüsseltechnologie für Labore, deren Arbeit im Grenzbereich zwischen Forschung und Patientenversorgung angesiedelt ist. Einige Systeme haben aber inzwischen den Weg in die Laborroutine gefunden oder stehen kurz davor.
Die in dieser Ausgabe vorgestellten Geräte zeichnen sich durch Kompaktheit und relativ hohen Automatisierungsgrad aus, der noch vor zehn Jahren kaum vorstellbar war. Wenn die Hersteller diesen Weg konsequent fortsetzen, kann man der Durchflusszytometrie eine erfolgreiche Zukunft im Markt der  Hämatologie, Onkologie und Immunologie prophezeien.