Faulhaber: Bürstenlose DC-Servomotoren Labor im Miniaturformat

Analysegerät „Gyrolab xPlore“ zur Prüfung von Biologika. Bild: Gyros

Um maßgeschneiderte Biologika für verschiedene Krebserkrankungen zu finden, müssen viele potentiell geeignete Arzneimittel untersucht werden. Ein speziell entwickeltes Analysegerät erleichtert diese Suche.

Innerhalb kurzer Zeit testet das, vom schwedischen Medizinelektronik-Spezialisten Gyros auf den Markt gebrachte Analysegerät »Gyrolab xPlore« automatisch winzige Mengen mehrerer Proben parallel. Für die nötige Geschwindigkeit und Präzision bei der Handhabung der Proben sorgen bürstenlose DC-Servomotoren.

Krebszellen gezielt auszuschalten, ohne gesundes Gewebe zu schädigen – dieses Ziel verfolgen Forscher seit einigen Jahren mit den sogenannten Biologika. Diese neuen Wirkstoffe erkennen entartete Zellen anhand ihrer molekularen Besonderheiten und helfen dabei, sie systematisch zu bekämpfen. Biologika sind große Moleküle, die zu komplex aufgebaut sind, um sie konventionell synthetisch herzustellen. Sie werden von lebenden, meist gentechnisch veränderten Zellen produziert, die im Labor in einer Nährflüssigkeit gezüchtet werden. Die meisten Biologika sind Proteine. Die Hoffnung der Krebsforscher konzentriert sich besonders auf eine Proteinart: die Antikörper. Sie werden von spezialisierten Zellen des Immunsystems gebildet. Antikörper erkennen und binden an bestimmte Proteine, etwa von Bakterien oder Viren, die bei einem Infekt in den Körper eindringen. So werden die Krankheitserreger neutralisiert oder für den Abbau durch Fresszellen markiert. Auch Krebszellen lassen sich so bekämpfen.

Bindung nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip
 
Für den Wirkstoff-Nachweis macht man sich die besondere Bindungseigenschaft zwischen dem Antikörper und seinem Zielprotein, dem sogenannten Antigen, zunutze. Diese Bindung ist – ähnlich dem Schlüssel-Schloss-Prinzip – sehr spezifisch. Antigen und Antikörper erkennen einander auch unter Milliarden anderer Moleküle. Um zum Beispiel die Konzentration eines Antikörpers in der Probenflüssigkeit zu bestimmen, wird sein Antigen in einem kurzen Abschnitt an der Wand des Kanals fixiert. Fließt der Antikörper im Kanal am Antigen vorbei, wird er von diesem aus der Flüssigkeit herausgefischt und festgehalten. Nach demselben Prinzip bindet sich anschließend ein zweiter Antikörper, der mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert ist, an den ersten. Mit einem Laser wird der Farbstoff dann angeregt. Durch Detektion des emittierten Lichts ist die Konzentration des Proteins – in diesem Fall des Antikörpers – in der Probe bestimmbar.

Das Herz des Miniaturlabors
 
Für solche Zwecke hat das schwedische Unternehmen Gyros das Analysegerät „Gyrolab xPlore“ entwickelt. Auf den ersten Blick wirkt es wie ein großer Laserdrucker. Unter der Haube verbirgt sich jedoch ein Labor im Miniaturformat. Maria Hjortsmark, Marketingleiterin bei Gyros, erklärt: »Unsere Kunden kommen zum größten Teil aus der pharmazeutischen Industrie. Die Unternehmen nutzen das System zur Prüfung ihrer Biologika.« Herzstück des Geräts ist eine Kunststoffscheibe im CD-Format. Auf ihr findet die eigentliche Analyse der Proben statt. Auf der Scheibe befindet sich ein System von Kanälen, deren Durchmesser weniger als ein Millimeter beträgt. Mit Hilfe von Kapillar- und Zentrifugalkraft werden die Proben durch das Kanalsystem transportiert und dabei analysiert.

Einsetzen lässt sich das Analysegerät in jeder Phase der Entwicklung von Biologika, um einen neuen Wirkstoff zu analysieren – etwa in der Nährlösung der Zellen oder im Blut von Versuchstieren und Patienten. Bis zu 112 Datenpunkte lassen sich mit einer Kunststoffscheibe parallel erzeugen. Dank der Mikrostrukturen der Scheibe spart das Analysegerät dabei sowohl Probenmaterial als auch Reagenzien. Die Probenflüssigkeit wird in die Vertiefungen einer Mikrotiterplatte pipettiert und dann in das Instrument gesetzt. Ein Roboterarm transportiert die Probe anschließend auf die Kunststoffscheibe. Dort saugt die Kapillarkraft sie in den vorgesehenen Kanal. Für den Test wird nur eine winzige Menge der Flüssigkeit benötigt: Je nach Format der Scheibe sind es 20 oder 200 Nanoliter.