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Probenröhrchen nachverfolgen Proben-Management: Nie mehr in die Röhrchen gucken

Von Steve Knight*

Vom Zettel zum Zentralrechner – das Proben-Management im Laborsektor hat sich stark verändert. Heute erlauben Barcodes, mobile Scanner und KI-Systeme bereits ein sicheres und einfach zu führendes Tracking von Probenröhrchen. Welche Herausforderungen gab es damals und wie sieht die Zukunft des Proben-Managements aus?

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Abb.1: Probennachverfolgung wird durch Barcodes und Lesegaräte deutlich erleichtert.
Abb.1: Probennachverfolgung wird durch Barcodes und Lesegaräte deutlich erleichtert.
(Bild: ©Viacheslav Lakobchuk - stock.adobe.com)

Früher Zettelwirtschaft, heute cloudbasierte Nachverfolgung und Dokumentation – die Verwaltung von Proben hat sich in den vergangenen Jahren stark verändert. Anfangs bedeutete das so genannte Compound Management i. d. R., dass die Proben in unbeschrifteten Röhrchen in einem Gefrierschrank im Regal oder sogar auf dem Parkplatz gelagert wurden. Als einzige Kennzeichnung war eine Aufschrift auf dem Gestell oder dem Beutel zu finden; Nur selten befand sich ein 1D-Barcode an der Seite des Gestells. Datenbanken wurden lediglich im Word- oder Excel-Format angelegt und eine lückenlose Nachverfolgung chemischer Verbindungen war nahezu unmöglich. Doch als die Unternehmen erkannten, dass ihre Compound-Bibliotheken sehr wertvoll waren, wandelte sich die Verwaltung der Proben nach und nach zu einer ernstzunehmenden Disziplin.

Die Einführung von 2D-Barcodes auf den Probenröhrchen änderte die bisherige Arbeitsweise dann nachhaltig. Verbreitet nutzten Laboranten nun die gedruckten Etiketten und zugehörige Auslesegeräte, um ihre Proben zweifelsfrei zu identifizieren. Damit waren die Unternehmen zumindest das Hauptproblem im Compound Management an­gegangen: Verwechslungsgefahr. Schließlich kann ein Röhrchen sehr leicht fehlerhaft identifiziert werden. So war es in der Vergangenheit kein Einzelfall, dass die Angestellten bei der Probenannahme ein falsches Präparat an das Screening-Team übermittelten. Fiel ein Probengestell mit den Röhrchen auf den Boden, geriet die Kennzeichnung der einzelnen Proben leicht durcheinander. Dies wurde schon vor langer Zeit als eine der wichtigsten Fehlerquellen identifiziert. Auch die Lagerung von Präparaten in Indus­triegefrierschränken, in denen es zu Temperaturschwankungen kommen kann, wurde als potenzielle Fehlerquelle für die Probennachverfolgung erkannt. Ohne ein gutes System zur Datenverfolgung konnten Präparate verloren gehen, selbst wenn sie in ein System eingepflegt wurden. Die Nachverfolgung hielt schlicht nicht mit der immer weiter wachsenden Anzahl der verarbeiteten Präparate Schritt.

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Durchblick digital

Heute stehen den Mitarbeitern im Labor dank dezentralen Speichersystemen und Techniken wie Bluetooth oder RFID-Chips deutlich leistungsstärkere Tools für das Probenmanagement zur Verfügung, was Vorteile in Bezug auf Effizienz und Ressourceneinsparungen bringt. Doch nicht überall lässt sich auf die moderne Technik in gleichem Maße zugreifen. Probenlager mit großen Gefrierschränken oder Flüssigstickstoff-gefüllten Tanks befinden sich i. d. R. an Orten ohne gut ausgestattetes, isoliertes Labor mit Internet und WLAN. Dies führte selbst bei großen Datenbanksystemen, codierten Röhrchen und Gestellen sowie Nachverfolgungs-Software zu Problemen. In solchen Fällen mussten Wissenschaftler noch bis vor einigen Jahren auf Papier festhalten, in welchem Tank, Gestell, Regal oder Gefrierschrank sich eine Probe befindet: Sie zogen das Röhrchen heraus, zeichneten es ab und brachten es zurück ins Labor, um zu überprüfen, ob sie das richtige Röhrchen entnommen haben. „Wissenschaftler möchten die Präparat-ID bereits kontrollieren, wenn sie die Probe entnehmen“, sagt Neil Benn, Geschäftsführer von Ziath. „Aber Räume mit Kühlschränken und Tanks mit flüssigem Stickstoff eignen sich in der Regel nicht für Laptops.“ Ein Smartphone hat hingegen jeder zur Hand, sodass heute auch in abgeschirmten Laboren eine digitale Probenverfolgung möglich ist. „Jetzt können Wissenschaftler im Labor die Informationen auf einem mobilen Gerät abrufen, mit der App zum Lager gehen und dort die Röhrchen entnehmen und überprüfen, ob es die richtigen sind. Damit entfallen Stift und Papier und die damit verbundenen Fehler“, sagt Benn.

Mobile Geräte und Apps schaffen für die Anwender im Labor einfache Möglichkeiten, ihre Arbeit zu optimieren und den Überblick zu behalten. „Mit einer tragbaren Fernbedienung für die Probenverwaltung können Röhrchen einfach gescannt werden. Außerdem kann auch der nächste Schritt im Prozess abgelesen werden, der mit diesen Röhrchen geschehen soll“, führt Benn aus. „Das ermöglicht es Wissenschaftlern, Proben nachzuverfolgen, einzuchecken und als ‚an meinem Arbeitsplatz‘ zu kennzeichnen. Mit der App können sie ein Präparat auswählen, scannen und bei Bedarf registrieren.“

Was die Zukunft bringt

Es gibt bereits Handgeräte zum Scannen einzelner Röhrchen auf dem Markt, die mit Systemen von Drittanbietern interagieren können und in den Arbeitsablauf der Wissenschaftler integriert sind. Zukünftige Entwicklungen umfassen batteriebetriebene Geräte mit Bluetooth, sodass die Proben nicht mehr zum Barcode-Scanner gebracht werden müssen, sondern der Barcode-Scanner zu den Proben gebracht wird. Die nächste Generation besteht dann sicherlich aus tragbaren, batteriebetriebenen, Bluetooth- und WLAN-fähigen Geräten, die ein ganzes Gestell mit Röhrchen auf einmal lesen können.

Künftig wird sich das Compound Management noch stärker auf mobile Technologien mit tragbaren Lesegeräten stützen, die über eine Webseite oder ein Telefon bedient werden. Damit wird der gesamte Prozess der Nachverfolgung von Proben aus dem Labor gelöst und an den Ort der Lagerung gebracht, also z. B. zu den Tanks mit flüssigem Stickstoff und den Gefrierschränken. Dadurch lassen sich theo- retisch Fehler vermeiden und der Wert der Compound-Bibliotheken schützen.

Intelligente Lösungen

Künstliche Intelligenz (KI) wird verstärkt im Compound Management eingesetzt. KI-Systeme helfen dabei, Präparate zu bestellen und die erforderlichen Proben für die Lieferung optimiert zusammenzustellen. So könnte beispielsweise ein KI-gestützter Algorithmus wichtige Roboter in großen Präparatlagern steuern oder es könnte eine individuelle Kommissionierliste erstellt werden, auf der die zu entnehmenden Präparate in der optimalen Reihenfolge stehen. Bei anderen Anwendungen kann KI das Problem der Identifizierung einzelner Proben in Gestellen mit tiefgefrorenen Röhrchen lösen, wie es häufig bei den heutigen optischen Technologien auftritt. „Wir haben KI bereits eingesetzt, um zu erkennen, welche Positionen in einem Probengestell wirklich Röhrchen enthalten und welche leer sind“, sagt Ziath-Geschäftsführer Benn. „Das hört sich zwar einfach an, aber tatsächlich ist es sehr komplex, dies in einer einzigen Bilddatei darzustellen. Unser KI-Programm erkennt das mit Leichtigkeit. In der nächsten Phase wird ausgeklügelte KI eingesetzt, um 2D-Barcodes zu lesen, die möglicherweise vereist, beschädigt oder einfach nur schlecht gedruckt sind – und zwar viel schneller als es derzeit möglich ist.“ Der Experte ist zuversichtlich, dass Ziath in diesem Jahr ein Produkt in diesem Bereich auf den Markt bringen kann. Weitere KI-Anwendungen werden von anderen Herstellern in diesem Bereich entwickelt, um die Identifizierung und Auswahl von Präparaten aus großen Bibliotheken zu vereinfachen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wissenschaft des Compound Managements in den vergangenen zwanzig Jahren eine große Entwicklung durchgemacht hat. Der Einsatz von KI und maschinellem Lernen wird diesen Trend in den nächsten Jahren zweifellos noch weiter voranbringen.

* S. Knight, Ziath Ltd, CB22 3HB Cambridge Papisford/UK

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