gesponsertMückenübertragende Krankheiten Temperaturkontrollierte Homogenisierung für die zuverlässige RNA-Detektion in der Mückenüberwachung

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RETSCH GmbH

Wie die Retsch Schwingmühle MM 500 control die Probenaufbereitung in Surveillance-Laboren revolutioniert

Mückenübertragene Krankheiten – eine wachsende globale Herausforderung

Durch den Klimawandel, veränderte Biodiversität und zunehmenden Reiseverkehr breiten sich Mücken-übertragene Krankheitserreger wie West-Nil-Virus, Dengue, Chikungunya und Zika immer weiter nach Norden aus. Für die öffentliche Gesundheit bedingt dies eine permanente Überwachung der Mückenpopulationen bevor ein Ausbruch entsteht. Surveillance-Programme sammeln Mücken in Fallen, gruppieren sie zu sogenannten Pools (5–50 Individuen pro Probe) und analysieren diese mittels RT-PCR (Reverse Transkriptions-Polymerase-Kettenreaktion) auf virale RNA. Die Qualität der Probenaufbereitung entscheidet dabei maßgeblich über die Zuverlässigkeit des Ergebnisses. Besonders West-Nil-Virus und Dengue haben in Europa in den vergangenen Jahren neue Verbreitungsgebiete erschlossen – eine Entwicklung, die Gesundheitsbehörden weltweit zur Intensivierung ihrer Überwachungsprogramme veranlasst hat. Je früher ein Virusnachweis im Mückenpool gelingt, desto gezielter können Bekämpfungsmaßnahmen eingeleitet werden, idealerweise noch bevor menschliche Infektionsfälle auftreten. Für Surveillance-Labore bedeutet das: Tausende Proben pro Saison, verarbeitet unter höchstem analytischem Zeitdruck.

Wie die Temperaturregelung in der MM 500 control funktioniert

Thermalplatten übertragen Wärme direkt von den Mahlbechern auf das Kühlmedium. Die Mahlbecher werden einfach auf die Thermalplatten aufgesetzt, ohne offene Flüssigstickstoff-Bäder oder den Einsatz von Trockeneis. Ein hermetisch geschlossenes Fluidsystem erlaubt den Betrieb mit Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch (via Chiller, ab ca. 4 °C), mit thermalem Öl für höhere Temperaturbereiche sowie mit Flüssigstickstoff über das optionale cryoPad für Temperaturen bis –100 °C. Die Regelgenauigkeit des Systems wird beim Betrieb mit Flüssigstickstoff durch ein patentiertes PID-Regelverfahren (Proportional-Integral-Derivativ) sichergestellt, das über das cryoPad aktiv in den Kühlstrom eingreift. Die Zieltemperatur lässt sich in Schritten von 10 °C im Bereich von 100 bis 0 °C einstellen und während des gesamten Mahlzyklus stabil halten. Für die Mückenüberwachung hat sich der Chiller-Betrieb in der Praxis bewährt: Mit 4 °C gekühltem Wasser bleibt die Suspension in den 2 ml Reaktionsgefäßen konstant bei etwa 13 °C, ohne eine einzige manuelle Kühlpause.

Mehr Probendurchsatz: Adapter für 18 × 2 ml Reaktionsgefäße

Ein spezieller Aluminiumadapter nimmt bis zu 18 Eppendorf-Gefäße (1,5 oder 2,0 ml) gleichzeitig auf. Das Aluminium leitet die Temperatur effizient von den Thermalplatten auf die Gefäße weiter, sodass die Kühlung ohne Verzögerung am Probenmaterial ankommt. Mit zwei Mahlstationen verarbeitet die MM 500 control so bis zu 36 Proben in einem einzigen Lauf.

Für Anwendungen, bei denen die Probe eingefroren oder stark erhitzt werden muss, empfiehlt Retsch die Verwendung von 2 ml Stahlröhrchen anstelle von Polymer-Reaktionsgefäßen, da diese mechanischen und thermischen Extrembelastungen besser standhalten. Der Aluminiumadapter ist nutzbar mit 9 × 2 ml Stahlröhrchen, was maximale Flexibilität für unterschiedliche Probenmaterialien und Protokolle bietet. Die Einweg-Kunststoffgefäße eignen sich hingegen ideal für den kontaminationsfreien Routinebetrieb in der Mückenüberwachung.

Die Herausforderung: RNA-Integrität bei mechanischer Homogenisierung

RNA ist deutlich instabiler als DNA und reagiert äußerst empfindlich auf Wärme, Reibung und RNAsen. Konventionelle mechanische Homogenisierungsverfahren, etwa mit herkömmlichen Kugelmühlen, erzeugen während des Prozesses Reibungswärme, die RNA-Moleküle schädigen oder sogar vollständig degradieren kann. Schon kurze Mahldauern können die Probentemperatur dabei um 10–20 °C erhöhen und inkonsistente Probenqualität erzeugen, wenn Kühlpausen manuell und uneinheitlich durchgeführt werden. Hinzu kommt, dass herkömmliche Kühlmethoden, etwa das manuelle Abkühlen von Adaptern in einem Eisbad, Prozessunterbrechungen erzeugen, die Reproduzierbarkeit und Durchsatz gleichzeitig beeinträchtigen. In Hochdurchsatz-Laboren, die in der Saison mehrere hundert Proben täglich verarbeiten, summieren sich diese Pausen zu einem erheblichen Zeit- und Qualitätsverlust. Surveillance-Labore stehen daher vor einem grundlegenden Dilemma: Probendurchsatz erhöhen oder Probenintegrität sichern – ohne die richtige Technologie ist beides nicht gleichzeitig erreichbar.

Höhere Probendurchsatz mit Schwingmühlen

Die Schwingmühle MM 500 control ist die weltweit erste Kugelmühle, die aktiv die Temperatur des Mahlprozesses überwacht und regelt. Durch den Anschluss an ein externes Kühlgerät (z. B. einen Chiller) bleibt die Mahltemperatur während des gesamten Prozesses konstant kontrollierbar, ohne manuelle Unterbrechungen. Das Gerät wurde 2022 mit dem LABO-Preis als Produkt des Jahres ausgezeichnet, was die Bedeutung dieser Innovation in der Labortechnik zusätzlich unterstreicht. Die MM 500 control arbeitet mit einer Frequenz von bis zu 30 Hz und erreicht eine Endfeinheit von ca. 0,1 µm bei einer maximalen Aufgabegröße von 10 mm. Neben der Temperaturregelung überzeugt das Gerät durch eine ergonomische Mahlbechereinspannung, ein Touchscreen-Display mit bis zu 12 speicherbaren SOPs sowie die Möglichkeit, bis zu vier verschiedene Zyklusprogramme mit je 99 Wiederholungen zu hinterlegen.

Praktische Tipps & Tricks für die Mücken-Probenaufbereitung

Optimales Protokoll für RNA-Extraktion aus Mücken-Pools
 Proben sollten unmittelbar nach der Ernte auf Trockeneis oder in flüssigem Stickstoff eingefroren werden, da RNA-Degradation bereits innerhalb von Minuten bei Raumtemperatur einsetzt. Für Mahlbecher und Adapter empfiehlt es sich, diese vor dem Einsetzen auf 4 °C vorzukühlen, um die Kühlleistung des Systems von Beginn an optimal zu nutzen. Bewährte Mahlparameter für Mückengewebe liegen bei einer Frequenz von 25–28 Hz und einer Mahldauer von 45–60 Sekunden pro Zyklus bei einer Kühlwassertemperatur von 4 °C.

Die MM 500 control zeigt die Thermalplattentemperatur kontinuierlich auf dem Touchscreen an, so lässt sich jederzeit sicherstellen, dass die Suspension unter 15 °C bleibt und die RNA-Integrität gewahrt wird. Als Mahlkörper haben sich Edelstahlkugeln mit 2 oder 3 mm Durchmesser für Mückengewebe bewährt; für besonders empfindliche RNA-Applikationen können Mahlkugeln aus Zirkoniumoxid in Betracht gezogen werden. Die Möglichkeit, bis zu 12 SOPs im Gerät zu speichern, sichert die Standardisierung über mehrere Bediener und die gesamte Saison hinweg.

Qualitätssicherung im Routinebetrieb
 Eine stichprobenweise Kontrolle der RNA-Qualität empfiehlt sich zu Beginn jeder Saison sowie bei jedem Protokollwechsel, um die Konsistenz der Aufbereitung über Batches hinweg zu validieren. Einweg-Reaktionsgefäße (2 ml) eliminieren den Reinigungsaufwand zwischen den Batches vollständig, ein entscheidender Vorteil bei Hochdurchsatz-Surveillance, wo Kreuzkontamination zwischen Pools inakzeptabel ist.

Anwendungsbeispiele aus der Praxis

Biologische Proben – Zellaufschluss und Gewebehomogenisierung
 Neben der Mückenüberwachung bewährt sich die MM 500 control in einem breiten Spektrum biologischer Anwendungen – überall dort, wo thermolabile Moleküle und reproduzierbare Ergebnisse im Vordergrund stehen. In der Virologie und Mikrobiologie wird das Gerät zur RNA-Extraktion aus Gewebeproben, Zellpellets und Organoiden eingesetzt; in der Pharmaforschung zur temperaturkontrollierten Homogenisierung von Tabletten, Kapseln und biologischen Matrices. Die kryogene Vermahlung flüchtiger Aromastoffe z.B. von Kaffeebohnen bei –20 °C ist ein Beispiel aus der Lebensmittelanalytik, welches die Breite der Einsatzmöglichkeiten unterstreicht.

Für Surveillance-Labore, die täglich hunderte bis tausende Mücken-Pools verarbeiten, ist die Retsch Schwingmühle Mill MM 500 control ein entscheidender Schritt hin zu höherer Datenqualität und Prozesseffizienz. Die aktive Temperaturregelung schützt die RNA-Integrität, steigert die Reproduzierbarkeit zwischen den Batches und eliminiert zeitaufwendige manuelle Kühlpausen. Gegenüber konventionellen Kugelmühlen ohne Temperaturregelung bietet die MM 500 control drei entscheidende Vorteile: erstens die direkte, kontinuierliche Kühlung ohne Prozessunterbrechung; zweitens die vollständige Protokollierbarkeit und SOP-Speicherung für GLP-konforme Laborumgebungen; drittens die Flexibilität, Kühlmedien je nach Anforderung zu wechseln, vom einfachen Chiller bis hin zu Flüssigstickstoff mit dem optionalen cryoPad.