Modulares Liquid-Handling-System für die Nukleinsäureextraktion

Mehr Durchsatz in der molekularbiologischen Analyse

Viele Labore mit steigendem Durchsatz wünschen sich bei der Isolierung von Nukleinsäuren und bei der zugehörigen Probenvor- und Nachbereitung einen höheren Automatisierungsgrad. Der Maxprep™ Liquid Handler kann – in Kombination mit den zugehörigen Extraktionsgeräten – diesen Wunsch erfüllen.

Der Maxprep™ Liquid Handler. © Promega

Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach molekularbiologischen Analysen benötigen Labore Lösungen für eine höhere Automatisierung oder einen höheren Durchsatz. Nur so kann der steigenden Anzahl von Probenvorbereitungen für Anwendungen wie PCR und moderne Sequenzierverfahren (Next Generation Sequencing, NGS) Schritt gehalten werden. Große, kompakte Geräte sind seit mehreren Jahren auf dem Markt, die Anschaffungskosten sind jedoch für kleine und mittlere Labore oft zu hoch.

Da diese meist wenig flexiblen Systeme ganze Arbeitsabläufe in ein- und demselben Gerät vereinen, ist eine Anpassung aller eingesetzten Methoden auf das Gerät erforderlich. Steht eine Wartung an oder kommt es zu einer Störung auch nur einer einzelnen Komponente, muss der gesamte Prozess angehalten werden. Der entstehende Proben-Rückstau kann durch den Umstieg auf manuelle Methoden nicht wirklich verhindert werden, und die Kapazität eines Labors wird stark belastet.

Im Gegensatz dazu können in einem modularen System die übrigen Arbeitsprozesse fortgesetzt werden, auch wenn ein Gerät ausfällt. Einzelne Geräte können zudem simultan arbeiten und dadurch die Effizienz steigern. Auch die Möglichkeit, das modulare System an wechselnde Anforderungen eines Labors anzupassen, z. B. durch Integration weiterer Instrumente, kommt der Flexibilität und Kapazität eines Labors zugute.

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Das Promega-System ist ein modulares System: Bestehend aus Maxprep Liquid Handler in Verbindung mit den Maxwell RSC- und Maxwell RSC 48-Nukleinsäureextraktionsgeräten ermöglicht es einen vollständigen Arbeitsablauf: angefangen bei der Probenvorbereitung über die Extraktion von Nukleinsäuren bis hin zur nachfolgenden Vorbereitung für Analysen wie Probentransfer, Normalisierung und PCR-Setup. Vorverarbeitungs-, Extraktions- oder Nachverarbeitungsaufgaben können so automatisiert und parallel durchgeführt werden.

Die Verbindung der Geräte über das Labornetzwerk mit der Promega Portal-Software überträgt alle Probeninformationen von einem Gerät zum nächsten und hält jeweils Hinweise für die nächsten Schritte im Arbeitsprozess parat. Der Barcode-Scan der Originalproben, die generierten Probendaten, Informationen zu verwendeten Reagenzien: Sie alle werden während der gesamten Verarbeitungskette gespeichert und sorgen für eine lückenlose Dokumentation.

Zeit schaffen für Anspruchsvolleres
Proben automatisch vorbereiten zu lassen schafft zeitliche Freiräume für anspruchsvollere Arbeiten im Labor. Das Risiko der Exposition gegenüber Gefahrstoffen kann reduziert werden, die Belastung der Labormitarbeitenden durch wiederholtes manuelles Pipettieren wird geringer. Leider sind viele der derzeit verfügbaren Automatisierungssysteme in der Bedienung komplex und aufwändig. Der Maxprep Liquid Handler bietet in Kombination mit den Maxwell Extraktionsinstrumenten eine einfache, schlüsselfertige Lösung für die Probenvorbereitung. Das System verwendet vom Unternehmen entwickelte und zur Verfügung gestellte Protokolle zur Probenvorbereitung für die Extraktion mit dem Maxwell RSC. Die Kit-spezifischen Protokolle erlauben die flexible Anpassung der Parameter innerhalb der Maxwell® RSC Kit-Richtlinien. Die intuitive Touchscreen-Software mit ihrer visuellen, interaktiven Oberfläche für die Vorbereitung der Liquid-Handler-Arbeitstabellen führt dazu, dass Anwender innerhalb weniger Stunden geschult sind und selbst erste Proben laufen lassen können.

Bild 1: Nukleinsäureausbeute bei Verwendung des Maxprep™ Liquid Handlers im Vergleich zur manuellen Probenvorbereitung. DNA oder RNA wurde mit den Maxwell RSC Kits und mit Hilfe des Maxprep™ Liquid Handlers zur Probenvorbereitung und anschließender Extraktion mit Maxwell RSC-Instrumenten isoliert. Die Ausbeuten wurden mit denen aus der manuellen Probenvorbereitung, gefolgt von der Maxwell RSC-Extraktion (auf 100% gesetzt) verglichen. © Promega

Der Maxprep Liquid Handler ermöglicht die Probenvorbereitung für Maxwell RSC-Extraktionschemikalien. Er arbeitet Protokolle ab für Anwendungen, die der Nukleinsäureextraktion folgen (z. B. Fluoreszenzfarbstoff-basierte Quantifizierung, Normalisierung, Probentransfer, Verdünnungen, Vervielfältigungsverfahren per PCR, qPCR, RT-PCR oder RT-qPCR. Und wer auch immer das System bedient – es leistet gleichbleibende und reproduzierbare Arbeit. Die Ausbeute von Nukleinsäuren aus Proben, die mit dem Maxprep Liquid Handler vorbereitet wurden, ist mit manuell vorbereiteten Proben vergleichbar (Bild 1).

Bild 2: Linearität der Extraktionsausbeute von 5 x 102 bis 5 x 106 zugegebenen Kopien an Lambda-DNA zu je 300 μl Plasmaprobe (je n = 8). Die Proben wurden mit dem Maxprep Liquid Handler vorbehandelt und mit dem Maxwell RSC 48 Instrument extrahiert. Die Amplifikation per qPCR wurde mit dem Maxprep Liquid Handler angesetzt. © Promega

Die Ergebnisse des vollständigen Arbeitsprozesses der Quantifizierung viraler Gesamt-Nukleinsäuren per qPCR, isoliert mit dem Maxwell RSC Viral Total Nucleic Acid Kit unter Einsatz des Maxprep Liquid Handlers, sind in den Bildern 2 und 3 dargestellt: Zur Demonstration wurden unterschiedliche Mengen an viraler Lambda-DNA zu Plasmaproben gegeben. Die Probenvorbehandlung und Vorbereitung der Maxwell RSC-Kartuschen fand im Maxprep Liquid Handler, die Extraktion der Lambda-DNA fand im Maxwell RSC 48 Gerät statt. Die eluierte DNA wurde zum Maxprep Liquid Handler zur Vorbereitung der Quantifizierung per qPCR unter Verwendung des GoTaq® Probe qPCR-Systems zurückgeführt. Die Extraktionsausbeute war über einen Bereich von vier Logs der eingesetzten Lambda-DNA-Menge linear (Bild 2). Die Quantifizierung der DNA aus Plasmaproben mit 5 x 106 zugegebenen Kopien an Lambda-DNA ergab bei unterschiedlicher Anzahl eingesetzter Replikate zuverlässige Cq-Werte mit minimaler Schwankung (Bild 3).

Automatische Selbstkontrolle
Das Maxwell® RSC 48 Instrument ist eine Erweiterung der Maxwell RSC Instrument-Produktlinie und ermöglicht eine Extraktion von 1 bis 48 Proben mit der gleichen Ausbeute (Bild 4) und in der gleichen Zeit wie die Maxwell® RSC-Modelle für maximal 16 Proben. Das System beinhaltet die bewährte Technologie, bestehend aus vorgefüllten Einmalkartuschen und paramagnetischen Partikeln zur Nukleinsäureextraktion aus einer großen Vielzahl von Probentypen.

Bild 3: Quantifizierung der DNA aus Plasmaproben mit 5 x 106 zugesetzten Kopien an Lambda-DNA in drei aufeinanderfolgenden Läufen mit unterschiedlicher Anzahl eingesetzter Replikate (n = 48, 24 bzw. 8 für die Läufe 1, 2 bzw. 3). © Promega

Von Laborgeräten wird heute erwartet, dass sie gängige Fehler, die zu Fehlschlägen und Probenverlusten führen können, entdecken. Das Maxwell RSC 48 Instrument beinhaltet daher eine automatische Selbstkontrolle für das korrekte Beladen. Ein integriertes Kamerasystem meldet schon vor Beginn eines Extraktionslaufs Details zu identifizierten Fehlern.

Software und geräteumfassende Datenbank
Modulare Instrumente in einer zusammenhängenden Einheit müssen miteinander kommunizieren können. Die Promega Portal-Software ist eine geräteumfassende Datenbank, die Informationen von einem Modul an das nächste weiterleitet. So steht der initial vom Maxprep Liquid Handler eingelesene Proben-Barcode anderen Geräten zu Verfügung, während das Gerät wiederum die am Maxwell RSC-Gerät ermittelten Daten aus der Quantifizierung mit dem integrierten QuantusTM Fluorometer für die Normalisierung oder Vorbereitung der PCR-Ansätze importieren kann.

Bild 4: Vergleich der Ausbeute der Extraktion mit dem Maxwell RSC 48 Gerät im Vergleich mit dem Maxwell RSC Gerät. © Promega

Das Promega-Portal ermöglicht den verbundenen Modulen eine Zusammenarbeit als gemeinsame Einheit – ohne Nachteile einer großen, integrierten Instrumentenplattform, dafür mit dem Vorteil einer inhärenten Redundanz, die mit vielen der weniger flexiblen großen Plattformen für integrierte Geräte nicht möglich ist. Muss der Maxprep Liquid Handler gewartet werden, können die Proben kurzfristig manuell vorbereitet und weiterhin über die Extraktionsgeräte automatisiert verarbeitet werden. Mehrere Maxwell RSC-Instrumente sind in den Arbeitsablauf integrierbar, um Redundanz auf der Extraktionsseite zu gewährleisten und Unterbrechungen bei der Verarbeitung von Proben zu vermeiden.

Fazit
Der Maxprep Liquid Handler ergänzt als weiteres Modul die Maxwell®-Produktlinie und übernimmt die automatisierte Proben-Vorverarbeitung, z. B. für die Maxwell® RSC oder Maxwell® RSC 48 Extraktionsgeräte. Auch nachfolgende Schritte zur Vorbereitung der Analysen erledigt das Gerät. Durch die vorgespeicherten Programme und einen integrierten Datenaustausch mit den anderen Maxwell-Geräten ist der Maxprep Liquid Handler einfach zu bedienen und daher ideal für den modularen Einsatz im flexiblen, automatisierten Arbeitsprozess.

AUTOREN
Tanja López
Promega GmbH, Mannheim

Cristopher Cowan
Luke Roenneburg
Promega Corporation, USA

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