Anwendung von Vakuumtechnik und akustischem Dispensieren Vom „Hit“ zum Medikament – Hochdurchsatz-Screenings

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VACUUBRAND GMBH + CO KG

So wie in der Musik nicht jeder Song ein Treffer ist, so ist es auch in der Medikamentenforschung. Um einen Wirkstoff-„Hit“ unter tausenden Molekülen zu finden, nutzt die Pharma- und Biotech-Branche so genanntes Hochdurchsatz-Screening. Ein Dienstleister gibt Einblick in diese Arbeit und zeigt, wie Akustik und Vakuumtechnik das Screening voranbringen.

Von der Entdeckung geeigneter Substanzen bis zur Zulassung eines Medikaments ist es ein jahrelanger Weg. So müssen i. d. R. zunächst Hunderttausende von Molekülen untersucht werden, bis überhaupt ein einziger identifizierter „Hit“ später zu einem zugelassenen Medikament führen kann. Vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen der Pharma- und Biotech-Branche kann dies einen enormen Zeit- und Kostenaufwand für Ausrüstung und Knowhow bedeuten. Unterstützung erhalten sie deswegen von Auftragsforschungsinstituten, so genannten CROs (engl. Contract Research Organisation). Assay Works ist solch ein professioneller Dienstleister, ansässig im Biopark Regensburg. Das Unternehmen übernimmt die Entwicklung von passgenauen und skalierbaren Testsystemen (Assays) und Zelllinien sowie Verfahren zur Bioaktivitätsbestimmung von neuen Chemikalien und biologischen Wirkstoffen.

„Einer unserer Schwerpunkte ist das schnelle und automatisierte Hochdurchsatz-Screening (engl. High-Throughput Screening, kurz HTS)“, sagt Dr. Ralf Schwandner, Gründer von Assay Works. Dafür stellt das Unternehmen spezielles Equipment, umfangreiche Molekülbibliotheken und Screening-Zelllinien zur Verfügung. Von großem Vorteil ist, dass sich das Unternehmen aus einem bestehenden HTS-Center entwickelte und somit Spezialist auf seinem Gebiet ist. Mit über 20 Jahren Erfahrung verspricht der Dienstleister, Forschungsprogramme von Kunden erheblich zu beschleunigen.

Das Hochdurchsatz-Screening lässt sich für zahl­reiche Indikationen anwenden, dazu gehören:

• entzündliche Erkrankungen (z. B. Hirnhautent­zündung)

• onkologische Erkrankungen

• neurodegenerative Erkrankungen (z. B. Alzheimer)

• metabolische Erkrankungen (z. B. Diabetes)

Der Ton macht die Musik – und ein akustisches Gerät die Probenvorbereitung

Assay Works legt großen Wert auf fortschrittliche Ausrüstung und Methoden. Einen wichtigen Aspekt stellt dabei die Laborautomation dar. Deswegen kommt bei der Probenvorbereitung chemischer Moleküle für einen Hochdurchsatz-Screen eine besondere Apparatur zum Einsatz: das „akustische“ Dispensiergerät. Dieses ermöglicht den Transfer von Flüssigkeiten völlig kontaktfrei, indem es dafür Ultraschall einsetzt. Die zu überführende Probenlösung gelangt so hochpräzise, schnell und v. a. kontaminationsfrei in die Zelllösung. Der Transfer erfolgt ab einem minimalen Dispensiervolumen von 2,5 nL – tröpfchengenau und sogar entgegen der Schwerkraft. Doch wie läuft das Verfahren konkret ab? Ausgangspunkt sind die Testsubstanzen des Dienstleisters.

Die Substanzbibliothek von Assay Works umfasst etwa 150.000 Moleküle bzw. 500 Vorrats-Mikrotiterplatten, von denen mehrere Kopien in einem begehbaren Tiefkühlraum bei –20 °C lagern. Aus diesen Vorratsplatten (Moleküllösung) wird für das Screening jeweils ein winziger Tropfen in die eigentliche Zielplatte (Zelllösung) überführt. Dafür fokussiert ein Schallkopf akustische Ultraschallenergie auf die Vorratsplatte, um einen winzigen Tropfen auszustoßen. Dieser wird durch die Schallwelle präzise und entgegen der Schwerkraft auf die darüber hängende Zielplatte transferiert.

In jeder der 384 Vertiefungen einer Zielplatte kann übrigens ein eigenes Experiment stattfinden. Durch diese Parallelisierung von Experimenten wird die Wirksamkeit vieler Substanzen in kürzester Zeit ausprobiert. Zur besseren Übersicht dient ein eigener Barcode auf jeder einzelnen Platte. So kann ein Laserscanner jederzeit über einen Datenbankserver nachschlagen, welche Substanz sich gerade wo befindet.

Insgesamt finden bei solch einem Hochdurchsatz-Screening rund 150.000 Experimente statt – das bedeutet mehrere Millionen Messwerte. Für einen einzigen Auftrag ist die Anlage mehrere Wochen lang rund um die Uhr mit der Suche nach „Hits“ beschäftigt.

Vakuumtechnik sorgt für unterbrechungsfreien Screening-Betrieb

Das akustische Dispensiergerät bei Assay Works ist zentral für die Medikamentenforschung. Für seinen unterbrechungsfreien Betrieb ist eine verlässliche Vakuumversorgung essenziell: Ein Vakuumpumpstand PC 3012 NT Vario Select von Vacuubrand führt die Kopplungsflüssigkeit des Schallkopfes zurück und befreit die Mikrotiterplatte ständig von überschüssigem Wasserfilm. Ansonsten würde das Dispensiergerät irgendwann überfluten und der automatische Prozess stoppen. Ein Stillstand der Anläge hätte einen großen Verlust an Probenmaterial und Arbeitszeit zur Folge. „Bei der kontaktlosen, akustischen Dispensierung kommt es darauf an, dass die Vakuumversorgung 24 Stunden und an sieben Tagen die Woche gewährleistet ist. Wir benötigen über Wochen und Monate hinweg konstantes Vakuum“, betont Firmengründer Schwandner.

Für den Dauerbetrieb muss das Dispensiergerät in optimalem Zustand sein. Auch die professionelle Wartung der Vakuumgeräte trägt dazu bei. „Service spielt für uns eine sehr große Rolle. Wir verwenden generell viele ‚customisierte‘, also individuell aufgebaute Anlagen. Deswegen ist es wichtig, einen verlässlichen Serviceanbieter zu haben. Dieser muss das nötige Knowhow haben und auch mal zeitnah vor Ort sein. Wir wissen, dass unsere Servicetechniker ein Auge auf die richtigen Vakuumeinstellungen und -leistungen haben. Deswegen arbeiten wir mit Vacuubrand seit 20 Jahren eng zusammen“, führt Schwandner aus.

Vacuubrand übernimmt die gesamte Wartung der Vakuumtechnik. Das beinhaltet auch den regelmäßigen, vorbeugenden Tausch von Verschleißteilen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Vakuumgeräte als wichtige Prozesskomponenten ihre Leistungsdaten behalten. Das maßgeschneiderte Servicekonzept mit kontinuierlicher Wartung trägt somit erheblich zur Prozesssicherheit bei. Edgar Englert, Serviceleiter bei Vacuubrand, sagt dazu: „Die Kundenzufriedenheit steht für uns an erster Stelle. Als Servicetechniker benötigen wir z. B. auch Prozesskenntnisse über die Anlage, um zu passender Vakuumtechnik beraten zu können. Dieses Wissen besitzen wir durch jahrelange Erfahrung.“

Der hohe Qualitätsanspruch von Assay Works an den Service der Vakuumgeräte kommt auch den Auftraggebern zugute. Sie erhalten auf schnellem und unkompliziertem Weg ein Hochdurchsatz-Screening. Damit ist ein wichtiger Schritt auf dem langen Weg der Medikamentenentwicklung geschafft. (clu)

* Vacuubrand GmbH & Co. KG, E-Mail: info@vacuubrand.com, 97877 Wertheim; Assay Works GmbH, E-Mail: contact@assay.works, 93053 Regensburg

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