Hochdurchsatz-Screening-Systeme beschleunigen COVID-19-Erkennung

Die Fähigkeit, schnell und kosteneffizient große Personenzahlen zu testen, bildet zusammen mit Impfungen und Abstandsregeln die drei Säulen der Pandemiebewältigung. Hochvolumige COVID-19-Diagnostik stellte jedoch weltweit eine enorme Herausforderung dar.

Bei einem SARS-CoV-2-Test nach dem CDC-zugelassenen RT-qPCR-Protokoll wird ein Nasenabstrich einer Person entnommen und in einem Reagenzglas für die Laboranalyse versiegelt.

Das Paradigma „ein Sample pro Reagenzglas“ überlastete schlicht die Testinfrastruktur. Etwas Neues musste her: Massentests.

Beim Massentesting werden Abstrichstäbchen mehrerer Personen in ein einziges Reagenzglas gegeben und als einzelnes Diagnose-Sample verarbeitet. Fällt der Multi-Abstrichtest negativ aus, ist keine weitere Aktion nötig.

Fällt er hingegen positiv aus, müssen nur diese Personen den teureren Schnelltest erhalten.

Ob ein Sample pro Reagenzglas oder mehrere – hochdurchsatzfähige, automatisierte Laborequipment mit Pipetten ist typischerweise nicht für Abstrichstäbchen ausgelegt.

Abstriche bereiten automatisierten Pipettiersysteme Probleme, die gelöst werden müssen:

• Schwankende Viskosität
• Verstopfte Pipettenspitzen
• Zufällige Partikel, die in die Pipette gelangen
• Navigation um Abstrichstäbchen herum
• Probenmedium, das in falsche Wells gelangt.

Die rasant steigende Nachfrage nach Massentests motivierte das Festo LifeTech-Team, die Herausforderungen bei der Verarbeitung von COVID-19-Proben besser zu verstehen.

Seit Jahren fertigt Festo automatisierte Plattformen für LGC Biosearch Technologies' Hochdurchsatz- und Ultra-Hochdurchsatz-DNA/RNA-Extraktions-Screening-Lösungen. Die Zusammenarbeit mit LGC Biosearch Technologies in Kombination mit der Kooperation mit der Massentest-Community erwies sich als unschätzbar wertvoll, als das Team an einer automatisierten Pipettierlösung für COVID-19-Screening arbeitete.

Festos Ansatz beim Pipettieren ist Luft-über-Flüssigkeit statt Positivverdrängungspipettenköpfe.

Ein Vorteil der Luft-über-Flüssigkeit-Methode: Das Steuerungssystem kann Strömung und Druck in der Druck- und Vakuumleitung erfassen – der Leitung, die Aspiration und Dispension des Zielmediums in der Pipettenspitze steuert.

Durch Erfassung von Strömung und Druck kann der Controller feststellen, ob eine Verstopfung an der Pipettenspitze vorliegt.

Das Entwicklungsteam schrieb neuen Code, der basierend auf Sensordaten dem Festo CODESYS-basierten Steuerungssystem erlaubte, ein verdächtiges Sample auszuwerfen, die Pipettenspitze neu zu positionieren und das Sample erneut aufzunehmen.

Der Controller wurde auch programmiert, Verschiebung zu messen und ein sauberes Sample sicherzustellen sowie die Viskosität zu bestimmen.

Bei bekannter Viskosität konnte der Pipettierkopf für korrekte Flüssigkeitsabgabe justiert werden.

Die Prozessüberwachung, Bedingungserfassung und Datensammlung erzeugen Chain-of-Custody-Informationen für jedes Sample.

Chain-of-Custody ist essenziell für abgesicherte Test- und Reaktionsaktivitäten. Chain-of-Custody-Daten sind typischerweise über Laborinformationsmanagementsysteme (LIMS) oder Patientendatensysteme zugänglich. LIMS können Daten über die Cloud für autorisiertes Personal bereitstellen.

Festo investiert weiterhin in Technologie- und Produktentwicklung, um zusätzliche Funktionalität, Leistung und Flexibilität in zukünftige Pipettierlösungen zu integrieren.