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Automatisiertes Liquid Handling

Pipettierroboter als Fehlerquelle beim automatisierten Liquid Handling

| Redakteur: Marc Platthaus

Auch wenn der menschliche Faktor beim automatisierten Liquid Handling deutlich reduziert wird, gibt es bei der Verwendung von Pipettierrobotern nach wie vor zahlreiche Fehlerquellen. Wichtig für den Anwender ist, diese immer im Blick zu behalten und entsprechend zu überprüfen.

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Abb. 1: Die genaue Überprüfung von automatisierten Liquid-Handling-Systemen ist zur Vermeidung von Fehlern unerlässlich. (Bild: Artel)
Abb. 1: Die genaue Überprüfung von automatisierten Liquid-Handling-Systemen ist zur Vermeidung von Fehlern unerlässlich. (Bild: Artel)

Automatisierte Liquid-Handling-Systeme zum schnellen Testen und reproduzierbaren Screening von tausenden von Substanzen gehören zur unverzichtbaren Ausstattung von Laboratorien. Parallel zur vermehrten Nutzung dieser Systeme wurden die übertragenen Volumina immer kleiner, während gleichzeitig die Anforderungen an die Richtigkeit und Präzision der Transfers gestiegen sind. Um die Qualität im Liquid Handling sicherzustellen ist es wichtig zu wissen, wie bestimmte Fehler erkannt und vermieden werden können. Dadurch werden die Vorteile von automatisierten Liquid-Handling-Systemen, nämlich erhöhte Produktivität und Wiederholgenauigkeit, erst voll nutzbar.

Was sind die wirtschaftlichen Konsequenzen, die sich aus fehlerhaftem Liquid Handling ergeben und wie können einige, weit verbreitete Bereiche der Fehlerfortpflanzung vermieden werden? Wichtig für die Beantwortung dieser Fragen ist vor allem eine belastbare Methode für die Volumenüberprüfung.

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Fehlerquellen bei automatisierten Systemen

Während automatisierte Systeme den menschlichen Faktor, die Hauptfehlerquelle beim manuellen Pipettieren [1, 2] aus dem Pipettiervorgang nehmen, sind diese Systeme, bedingt durch ihre Komplexität, nach wie vor anfällig für Fehler. Um eine hohe Wiederholbarkeit zwischen Versuchen zu gewährleisten, und die volle Flexibilität dieser Geräte auszunutzen, müssen eine Reihe von Betriebsvariablen genau kontrolliert werden, um alle Operationen innerhalb genauer Spezifizierungen ablaufen zu lassen. Zumal die Konzentrationen von biologischen und chemischen Substanzen vom Volumen abhängen, nehmen einzelne oder schrittweise Volumentransfers direkten Einfluss auf die Konzentrationen von kritischen Reagenzien in einem Assay. Daher führen ungenaue Zugaben oder Abnahmen von Reagenzienvolumina schnell zum Verlust der Integrität des Experiments. Insofern ist das Wissen um das exakte Volumen bei jedem Schritt des Assays, und damit um die Komponentenkonzentrationen, entscheidend für die Interpretation der Resultate. Nur so können Datenqualität und Integrität des Gesamtprozesses gewahrt bleiben.

Wirtschaftliche Folgen von Fehlern beim Liquid Handling

Wenn Pipettierroboter nicht die gewünschte Menge an kritischen Reagenzien übertragen, ist es leicht abzusehen, dass sich unentdeckte Fehler im Laufe des Prozesses zunehmend verbreiten. Auch kleinste Abweichungen von der erforderlichen Menge der transferierten Reagenzien können die Resultate verfälschen. Das führt zu qualitativ minderwertigen Daten, wertlosen Ergebnissen und unnötigen Folgekosten. Die wirtschaftlichen Auswirkungen eines potenziell fehlerbehafteten Liquid-Handlings können massiv sein. Auch können beträchtliche finanzielle Konsequenzen resultieren, wenn ein Liquid-Handling-System zu große Mengen kostbarer Reagenzien dosiert. Ein typisches Hochdurchsatz-Screeninglabor dürfte rund anderthalb Millionen Wells pro Screen testen, und das bei bis zu ca. 25 Screens pro Jahr. Ausgehend von etwa 10 US-Cent pro Well ergeben sich Kosten für Reagenzien von 3,75 Millionen US-Dollar pro Jahr. Wenn Pipettierroboter kritische Reagenzien kontinuierlich überdosieren, kann das leicht zu Kosten von 12 US-Cent pro Well führen (+20%). Die jährlichen Mehrkosten in diesem Fall betrügen rund 750 000 US-Dollar. Die Überdosierung kritischer Reagenzien kann bedeuten, dass vermehrt falsch-positive Proben auftreten, die dann in weiteren Untersuchungsschritten wertvolle Laborzeit, Ressourcen und Materialien verschwenden, bis sie schließlich durch weitere Tests aus dem Probenpool entfernt werden. Andererseits kann die Unterdosierung kritischer Reagenzien zu einem Anstieg von falsch-negativen Ergebnissen führen, was der Integrität des gesamten Screeningprozesses abträglich ist. In den Augen des Testers ist eine falsch-negative Probe dasselbe wie eine negative Probe und würde in weiteren Screenings keine Berücksichtigung finden. Die größtmögliche Konsequenz: Durch die Unterdosierung eines kritischen Reagenzes wird die Entdeckung eines Schlüsselwirkstoffs verhindert, womit das Unternehmen Einnahmen in Milliardenhöhe einbüßt.

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