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Mit Hightech-Strategie zum Referenzlabor

Das Konstanzer Labor Dr. Brunner setzt seit Kurzem als erstes medizinisches Labor in Deutschland ein weltweit revolutionäres Gerät zur Automatisierung der Probenverarbeitung im bakteriologischen Labor ein. Mit dem Walk-Away-Specimen-Processor (WASP) werden unter anderem aus Bakteriengemischen resistente Erreger wie MRSA oder die weltweit zunehmenden ESBL schneller und zuverlässiger erkannt. Die Dauer zwischen Probeneingang im Labor und Befund an den behandelnden Arzt wird somit um bis zu 24 Stunden verkürzt.

Probenverarbeitung vollautomatisch und präzise: Am Monitor überwacht Mitarbeiterin Heike Haag die Arbeit des Walk-Away-Specimen-Processors. © Michael Statnik

Zwei Meter Tiefe, mehr als ein Meter Breite und knapp über zwei Meter Höhe misst die jüngste maschinelle Verstärkung im Konstanzer Labor Dr. Brunner. Der weltweit neuartige Walk-Away-Specimen-Processor (WASP) ersetzt einen bisher zeitaufwendigen manuellen Vorgang, der bei der Untersuchung auf bakterielle Infektionserreger erforderlich ist, wenn es darum geht, menschliche Proben mittels Impfösen auf Nährböden zur Anzucht von Bakterien zu transportieren. Seit Begründung der medizinischen Mikrobiologie durch Robert Koch in den 1880er Jahren werden menschliche Proben bei Analysen mittels Platinimpfösen auf feste Agarnährböden verbracht. Ein zeitaufwendiger Vorgang, verbunden mit schwankender Qualität der Untersuchungsergebnisse. „Gerade wenn eine Probe unerwartet viele Erreger enthält, muss das Ausstreichen der Probe auf Nährböden unter Umständen wiederholt werden, was einen Zeitverlust bis zu 48 Stunden mit sich bringen kann“, berichtet Dr. Oliver Nolte, Leiter der Mikro- und Molekularbiologie beim Labor Dr. Brunner. Ab sofort soll dort der von der Firma Copan entwickelte WASP die Untersuchungen der Mitarbeiter nicht nur beschleunigen, sondern insbesondere die anschließende Identifizierung des Bakteriums durch den Menschen entscheidend vereinfachen. Mithilfe des Einsatzes neuartiger, maßgeschneiderter Abstrichbestecke erledigt der WASP das Verimpfen auf Nährböden vollautomatisch und mit höchster Präzision bei gleichzeitig höherer Auflösung des Bakterienwachstums. „So können insbesondere Problemkeime wie MRSA deutlich sensitiver als bisher aufgefunden werden“, bemerkt der Mikrobiologe.

Präzise und sichere Probenverarbeitung durch verschachtelte Vorgänge

Bis vor Kurzem wurde im Labor Dr. Brunner das Verimpfen von Proben auf Agarnährböden hauptsächlich manuell durchgeführt. © Michael Statnik

Ist der zirka 650 Kilogramm schwere WASP erst einmal in Aktion, wird sofort deutlich, dass hierbei eine ausgeklügelte Technologie am Werk ist. „Es laufen mehrere Prozesse parallel ab, die ineinander verschachtelt sind“, erklärt der Mikrobiologe. Hat man die zu untersuchenden Probengefäße eingestellt, öffnet zunächst ein Roboterarm den Deckel. „Das automatische Abziehen in einem isolierten Raum erhöht die Sicherheit für die Proben, aber auch für unsere Mitarbeiter enorm, da sich bei zum Beispiel Stuhlproben durch Wärme gelegentlich ein Druck aufbauen kann, der beim manuellen Öffnen unangenehme Folgen hat“, fasst Dr. Oliver Nolte zusammen.

Ist die Probe geöffnet, taucht ein weiterer Roboterarm mit einer filigranen Impföse von etwa 3 Millimeter Durchmesser hinein, entnimmt Probenflüssigkeit und verimpft diese zur Anzucht auf eine Agarnährboden-Platte, die kurz zuvor von einem zusätzlichen Gelenk des WASP herausgenommen, mit einem Barcode versehen und exakt platziert wurde. „Jede entnommene Probe wird dabei von einer Infrarot-Kamera rasch abgelichtet, gibt Signal, falls beim Eintauchen zu wenig Material aufgenommen wurde, und taucht dann sofort ein Stückchen tiefer ein“, weist der Mikrobiologe auf einen der wesentlichen Vorzüge der automatisierten Verarbeitung hin. Rund 180 Nährboden-Platten kann der WASP stündlich im Schnitt verarbeiten. „Das schafft keine menschliche Arbeitskraft“, so Nolte. Diese profitiert jedoch maßgeblich von der präzisen Verimpfung der Proben durch den WASP, der eine klarere Fraktionierung von Bakterien ermöglicht. Rund fünf bis zehn Prozent der Proben müssen durchschnittlich beim manuellen Verfahren neu ausgestrichen werden, um einen Keim zuverlässig bestimmen zu können.

Ein weiteres Plus beim Einsatz des WASP ist, dass die Verwechslungsgefahr von Proben – anders als beim bisherigen manuellen Verfahren - im Grunde ausgeschlossen wird. Möglich macht dies die automatische Auszeichnung mit einem ständig neu generierten Barcode-Aufkleber. Um darauf die für das Labor erforderlichen Informationen festzuhalten, wurde die Neuanschaffung von den Entwicklern individuell auf die Bedürfnisse zugeschnitten. Der Erwerb des WASP werde laut Oliver Nolte den Fluss zwischen der Probenverarbeitung und -bewertung maßgeblich optimieren. Im Zuge der Einbindung des WASP in den Laboralltag wurden zwei Mitarbeiter direkt beim Geräte-Hersteller in Italien intensivst geschult. „Wir sehen die Erweiterung unseres Geräteparks auch als Schritt, neue hochqualifizierte Mitarbeiter zu gewinnen. Die Arbeit mit innovativsten Technologien wie dem WASP soll hierbei als Anreiz und Motivation dienen“, stellt Dr. Oliver Nolte fest.

Eine Investition mit überregionaler Relevanz

Setzen im Labor Dr. Brunner hochmoderne Geräte ein: Dr. med. Simone Brunner-Zillikens, Fachärztin für Mikrobiologie, Infektionsepidemiologie und Laboratoriumsmedizin, Dr. Oliver Nolte, Leiter der Molekulargenetik, und Mechthild Kommerell, Fachärztin für Mikrobiologie, Infektionsepidemiologie und Laboratoriumsmedizin; Zusatzqualifikation Transfusionsmedizin. © Labor Dr. Brunner

Mit der Aufstellung des WASP leistet das Labor eine bedeutende Verbesserung der Versorgungsqualität und Verkürzung der Zeit bis zum Befund für Kliniken und für niedergelassene Ärzte. „Wir positionieren uns als Referenzlabor für die Bundesrepublik bzw. das Drei-Länder-Eck“, konstatiert Dr. Oliver Nolte. Die Wespe, wie das Gerät intern genannt wird, ist dabei der erste Schritt einer nachhaltigen Hightech-Strategie, die im Laufe eines Jahres die Dauer zwischen Probeneingang im Labor und Befundbericht an den behandelnden Arzt um bis zu 24 Stunden und mehr verkürzen helfen soll.

Rund 90 bis 95 Prozent der Proben sollen mit dem WASP in Zukunft bearbeitet werden. Die durch die Geräteanschaffung frei werdenden Mitarbeiterressourcen sind bereits verplant, da das Labor nach dem deutlichen Ausbau seines Angebots in der molekularen Diagnostik frei werdende Mitarbeiter dringend benötigt. “Es ist keineswegs geplant, Personal abzubauen. Vielmehr ist WASP Teil eines Konzepts, das langfristig weiteres Wachstum und damit weitere qualifizierte Arbeitsplätze im Labor Brunner bescheren soll“, betont der Mikrobiologe. Der Mensch bleibt im Labor für Oliver Nolte sowieso unverzichtbar und müsse stets das letzte Wort haben. „Den WASP sehen wir als Unterstützung bei der Ermittlung des gesuchten Erregers und somit Gegenmittels“, so Nolte. Wie der Mikrobiologe betont, fließe in die Bewertung von Proben neben viel Erfahrung auch die Optik der gewachsenen Bakterienkulturen und deren Geruch mit ein, was den menschlichen Entscheidungsträger unersetzlich mache.

Hardware-Erweiterung zur Stärkung in der medizinischen Diagnostiklandschaft

Weitere Investitionen in Hardware sind im Labor Brunner bereits fest anvisiert, um die Diagnosequalität und -schnelligkeit zu verbessern, aber auch an den WASP anzudocken. „Eine der kommenden Anschaffungen wird uns bei der biochemischen Analyse der durch den WASP vorbereiteten Proben unterstützen“, so Dr. Oliver Nolte. Das Hightech-Instrument soll den Mitarbeitern des Labors bei der Prüfung helfen, welche Antibiotika zur Behandlung eines Erregers am besten geeignet sind. Außerdem planen die Laborärzte des Labors Dr. Simone Brunner-Zillikens und Mechthild Kommerell zusammen mit Oliver Nolte und Team die Vernetzung der im Labor vorhandenen Gerätschaften und der Zusammenführung ihrer Daten, um die Abläufe im Labor weiter zu optimieren. „Auch hier wollen wir neue Maßstäbe setzen und führend sein“, bekräftigt der Mikrobiologe.

Referenzlabor ist das Labor Brunner übrigens auch bereits in der Molekularbiologie: Der technisch und methodisch äußerst aufwendige Nachweis von Erreger-DNA an intraoperativ gewonnenen Materialien wie Aortenklappen oder in Gelenkspunktaten gehört seit nunmehr knapp einem Jahr zu unseren Spezialitäten“, berichtet Dr. Oliver Nolte über das Verfahren, das nur von wenigen, fast ausschließlich Universitätslaboren angewendet wird.

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