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micro-biolytics GmbH - Industrielle Anwendungen der AquaSpec™-Technologie

Bereits seit Jahrzehnten werden in der wissenschaftlichen Forschung spektroskopische Methoden eingesetzt, um vielfältige Informationen über chemische Stoffe, Stoffgemische und deren Reaktionsprozesse zu gewinnen. Der micro-biolytics GmbH aus Esslingen ist es gelungen, durch Zusammenführung innovativer Technologien ein neues spektroskopisches Verfahren zu entwickeln. Mit dessen Hilfe können Messungen in wässrigen Proben mit hoher Genauigkeit und Nachweisempfindlichkeit erzielt werden.

Das patentierte AquaSpec™-Messverfahren basiert auf einem infrarot-spektroskopischen Nachweisverfahren und nutzt den nachweisstärksten, mittleren Bereich (MIR) des Infrarotlichts in Transmission (Durchstrahlung eines Mediums mit Licht). Da nahezu jede Substanz mit Infrarotstrahlung in Wechselwirkung tritt, können mittels der AquaSpec™-Technologie alle relevanten Informationen einer Probe (dazu zählen große Moleküle wie z.B. Proteine sowie auch kleinere wie Cholesterin) gleichzeitig während einer einzigen Messung erfasst werden. Mit Hilfe moderner, computergestützter Auswertverfahren lassen sich selbst komplexere Probengemische wie zum Beispiel biologische Proben darstellen, klassifizieren oder quantitativ analysieren. Der User bekommt keine komplexen Spektren, welche noch ausgewertet werden müssen. Die Daten werden entsprechend aufbereitet und auf eine bestimmte Problemstellung hin ausgewertet. Sie sind dann einfacher zu interpretieren.

Toxizitätsbestimmungen ohne Tierversuche

AquaSpec™-Spektrometer, Analyse-Gerät mit Probeneinsatz zur qualitativen Analyse komplexer Probengemische © micro-biolytics GmbH

Es gibt zahlreiche Substanzen, die in ihrer chemischen Struktur sowie in ihrer Wirkung auf den menschlichen Organismus bisher unerforscht sind. Ob eine Substanz überhaupt Einfluss auf den Zellstoffwechsel nimmt, muss zunächst untersucht werden. Gemeinsam mit der CETICS Healthcare Technologies GmbH in Esslingen und dem Institut für Biochemie an der Universität Stuttgart entwickelt die micro-biolytics GmbH derzeit einen In-vitro-Toxizitäts-Assay, der viele Tierversuche ersetzen kann. Dieser differenziert zwischen toxisch und nicht-toxisch, ordnet jede Substanz in Subklassen ein, die Auskunft über den Grad aber auch die Art der Toxizität geben.

Über bekannte toxische Substanzen wird eine Datenbank mit entsprechenden spektralen Stress-Mustern aufgebaut. Unbekannte Substanzen können dann jeweils auf diese Muster hin untersucht und eingruppiert werden. Über die zeitlichen und konzentrationsabhängigen Informationen können auch Aussagen über die toxische Dosis getroffen werden. „Ein erheblicher Vorteil ist, dass wir alle Informationen ausschließlich aus dem Überstand des Kultivierungsmediums gewinnen können. Ein aufwendiger Aufschluss der Zellen ist damit nicht mehr erforderlich. Generell können alle Proben im nativen Zustand gemessen werden. Das bedeutet, dass eine zeitaufwendige Probenvorbereitung entfällt“, betont Ralf Masuch, CSO der micro-biolytics GmbH. Dieser Test wird in Zukunft über den Partner CETICS Healthcare Technologies GmbH vertrieben und gegebenenfalls auch als Dienstleistung angeboten.

In-vitro-Diagnostik von Krankheiten

Datenoutput der QUANTOS Software des Spektrometers © micro-biolytics GmbH
Krankheitsspezifische Merkmale manifestieren sich in charakteristischen Mustern in Körperflüssigkeiten wie zum Beispiel dem Blutserum, ganz vergleichbar einem Fingerabdruck. Diese Merkmale können mittels der AquaSpec™-Technologie durch Abgleich mit einer Datenbank, die aus einer großen Anzahl empirisch-spektroskopischer Datensätze gewonnen wurde, detektiert werden. Aufwendige, häufig präparative Laboruntersuchungen entfallen. Aus der Vielzahl spektraler Informationen werden die krankheitsrelevanten Marker extrahiert, indem die Spektren gesunder und kranker Probanden verglichen und Abweichungen registriert werden. Den Datenbanken liegen hierbei Messungen von mehreren Tausend Proben zugrunde, so dass eine zuverlässige Differenzierung zwischen individuellen und krankheitsrelevanten Variationen in den entsprechenden Körperflüssigkeiten vorgenommen und ein eindeutiges, krankheitsspezifisches Muster herausgearbeitet werden kann. So werden unterschiedlichste Krankheiten sicher diagnostiziert, und zwar ohne dass die genauen Hintergründe, die zu dieser Erkrankung führen, zuvor bekannt sein müssen. Aufwendige und kostenintensive Forschungsarbeiten entfallen. Ein weiterer Vorzug ist die Erfassung der Krankheitsmuster in digitalisierter Form. Jedoch ist die Entwicklung dieser krankheitsspezifischen Muster recht komplex, sie werden in einem multidimensionalen Raum dargestellt. Diese Entwicklung übernimmt die micro-biolytics GmbH und verkauft sie dem Kunden als sogenannte „Applikation“. Die Applikationen werden dem Kunden, der im Besitz eines AquaSpec™-Analyzers ist, auf einem Internetserver angeboten und stehen so unmittelbar nach der Erstellung weltweit zum Download bereit (ähnlich einem App Store).

Nutzen für die pharmazeutische Industrie

Eine AquaSpec-Meßzelle © micro-biolytics GmbH

In der pharmazeutischen Industrie sind neben der Qualitätssicherung der produzierten Arzneimittel auch das Auffinden potenzieller Wirkstoffe (Screening) sowie Langzeitstudien hinsichtlich der Stabilität von Arzneimittelformulierungen von besonderem Interesse. Hierbei bietet die AquaSpec™-Technologie den Vorteil, dass Veränderungen kleinster Natur, wie pH-bedingte Effekte und Konformationsänderungen von Molekülen erfasst werden können. Beim Wirkstoffscreening liefert das AquaSpec™-Messverfahren detaillierte Informationen über die Art und Weise des Wirkmechanismus, indem zum Beispiel die involvierten funktionellen Gruppen des Wirkstoffes erkannt werden. Dabei können hohe Durchsätze von bis zu 100 Proben pro Stunde bei einem geringen Probenbedarf von nur wenigen Mikrolitern realisiert werden.

Lebensmittel in einwandfreier Qualität

Verbraucher wünschen sich Lebensmittel in einer einwandfreien Qualität. Doch gerade Kontrolle und Sicherung der Produktqualität stellen große Probleme im Hinblick auf den Zeitaufwand und die anfallenden Kosten der notwendigen Analyse dar. Das AquaSpec™-Verfahren liefert auch hier in der Lebensmittelindustrie wesentliche Erkenntnisse: Nahezu alle Inhaltsstoffe können analysiert werden, sei es zur Bestimmung und gleichzeitigen Überwachung kritischer Konzentrationsgrenzen oder zur Kontrolle des Mindestgehalts an Inhaltsstoffen, wie beispielsweise Fett in der Milch. Auch unerwünschte Inhaltsstoffe, wie Verunreinigungen bakterieller Art sowie Toxine, die die Gesundheit gefährden, können nachgewiesen werden.

Die micro-biolytics GmbH bietet somit ein umfassendes Tool an, welches durch kurze Messzeiten, den Wegfall von Reagenzien und Probenvorbereitungen, die komplette Digitalisierung der Ergebnisse, sowie einen hohen Informationsgehalt der Messdaten für verschiedene Industriezweige eine Alternative zu herkömmlichen Analysemethoden darstellt.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/micro-biolytics-gmbh-industrielle-anwendungen-der-aquaspec-technologie