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Nr. 1/2018 – 19. Jahrgang

Zellanalyse/ Screening

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Zukunftsmarkt ZellanalytikMartin Laqua, Redaktion LABORWELT

Zellen sind eigenständige biologische Funktionseinheiten. Ein besseres Verständnis dieser bringt auch die angewandte Forschung und ultimativ die Biotechnologie-Industrie nach vorn. Im vorliegenden LABORWELT-Spezial werden einige aktuelle Innovationen rund um die Analyse von Zellen vorgestellt.

Ob in vivo oder in vitro, ob ein oder viele Parame-ter, ob seltene Tumorzelle oder gewöhnlicher Erythrozyt – jede Zellanalyse hat ihre eigenen Anforderungen. Große Anbieter beobachten den Markt und sichern sich neue Technologien, wenn sie eine Lücke in ihrem eigenen Portfolio ausmachen. Zuletzt war die US-Firma Agilent am Drücker, als sie Anfang des Jahres die iri-sche Firma Luxcel kaufte. Deren Produkte sind Kits für In-vitro-Assays zur Bestimmung des Zellmetabolismus mit Hilfe von Echtzeitfl u-oreszenzplattenlesern, darunter Assays zum Sauerstoffverbrauch von Zellen oder einzelnen Mitochondrien sowie zur Aktivität des Kohlen-hydratabbauweges Glykolyse.

Wachstumsmarkt Zellanalyse

Neben Agilent sind es Firmen wie Danaher, Thermo Fisher oder Merck/Sigma Aldrich, die Hochdurchsatztechnologien für Wirk-stoffentdecker anbieten. Der Markt wächst ungebremst. Die Marktprognosen des Ana-lysehauses Research & Markets liegen bei 8% Umsatzwachstum pro Jahr bis 2022. Dem Report „High Throughput Screening Market – Global Opportunity Analysis And Industry Forecasts“ zufolge wird es 2022 ein Markt von 22 Mrd. US-Dollar sein. 2016 lag dieser Wert noch bei 12,2 Mrd. US-Dollar.

Auch die Zellkultivierung ist ohne Zweifel ein Zukunftsmarkt. Zelltherapien, regenerative Medizin oder Produktion in Bioreaktoren – für jede Anwendung gibt es mittlerweile die opti-male Technologie. Welches Einsatzsspektrum Hohlfaser-Bioreaktoren haben, erläutern die Spezialisten von Cellab auf Seite IV.

Hilfe für Zellatlas-Projekt

Beim Menschen entstehen aus einer befruch-teten Eizelle geschätzt 37 Billionen Zellen. Mit dem Aufkommen neuer Sequenzierungs-methoden wurde schnell klar, dass diese in weit mehr als die histologisch bestimmten 300 Zelltyp-Klassen fallen. Seit 2016 nimmt sich ein Forscherkonsortium der Aufgabe an, all diese Zellen zu kartieren. Das Human Cell Atlas Consortium muss dabei mit enormen Datenmengen aus zum Beispiel Einzellzell-Se-quenzierungen jonglieren. Wie ein in München konzipiertes Softwarepaket bei der Datenan-lyse helfen kann, erklärt Alexander Wolf vom Helmholtz-Zentrum München auf Seite V.

Eine für die Biowissenschaften relative neue spektroskopische Analysemethode stellt Christian Matthäus auf Seite IX vor. Der Wissenschaftler ist Experte für die Raman-Spektroskopie.

Drei Zelltypen: Rote Blutkörperchen, T-Zellen (orange) und Blutplättchen (grün)

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IV | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018

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Zellanalyse/Screening Zellkultivierung

Bewährt und immer beliebter: Hohlfaser-BioreaktorsystemeTanja Seiler, Dr. Stephan Rudolph, Cellab GmbH, Radeberg

Die Hohlfasertechnologie fi ndet zunehmend Verwendung in Bioreaktoren in der Zellkultur. Während Hohlfaser-Bioreaktoren früher hauptsächlich zur Proteinproduktion eingesetzt wurden, werden sie heute auch häufi g für Zellexpansion und -differenzierung genutzt.

Hohlfaser-Bioreaktoren bestehen aus einem Kunststoffgehäuse, in welchem Hunderte von Hohlfasern eingefasst sind. Das System be-steht aus zwei Kammern, dem Innenraum der Hohlfasern und dem Raum, der die Hohlfasern umgibt. In der einen Kammer werden die Zel-len angezogen, auf der anderen Seite befi ndet sich das Nährmedium. Die Faserwand bildet dabei eine semi-permeable Membranbarriere zwischen beiden Kammern. Die Membran ermöglicht einen ständigen Stoffaustausch, so dass Sauerstoff und Nährstoffe von der Mediumseite auf die Zellseite diffundieren, während Stoffwechsel-Abbauprodukte in entgegengesetzter Richtung vom Zellkom-partiment ins Medium übertreten können und im Mediumfl uss abtransportiert werden. Zugleich verbleiben gewünschte Zellprodukte wie zum Beispiel rekombinante Proteine oder Antikörper im Zellkompartiment und reichern sich dort bis zur Ernte in hoher Konzentration an. Dadurch können sich die nachfolgenden Downstream-Prozesse wie die Proteinaufrei-nigung deutlich beschleunigen.

Der Bioreaktor bietet aufgrund der Hohlfaser-geometrie ein äußerst vorteilhaftes Oberfl äche-zu-Volumen-Verhältnis (OVV). Daraus ergibt sich eine große Kultivierungsfläche, die mit einer sehr geringen Menge an Medium ver-sorgt werden kann. Das OVV sowie das dichte, mehrlagige Zellwachstum und die niedrigen Scherkräfte erlauben eine Zellkultivierung, die den physiologischen Gegebenheiten sehr nahe kommt.

Daraus ergeben sich in allen Anwendungs-gebieten Vorteile. So können beispielsweise mesenchymale Stammzellen (MSC) in Hohlfa-ser-Bioreaktoren über einen längeren Zeitraum kultiviert und vermehrt werden und behalten dabei ihre Multipotenz. Gerade auf dem noch jungen Gebiet der MSC-extrahierten Exosomen für die therapeutische Anwendung und für re-generative Therapien auf Basis großer Mengen von Stammzellen bieten Hohlfaser-Bioreaktoren eine erfolgversprechende Alternative. Auch die Proteinproduktion profi tiert von den Hohlfaser-Bioreaktor-eigenen Charakteristika, indem sie nicht nur effektiver und effi zienter abläuft, son-

dern die sezernierten Proteine häufi g auch über typische Modifi kationen und Multimerisierung entsprechend dem physiologischen Vorbild verfügen. Das erlaubt die Ernte großer Mengen rekombinanter Proteine, die den körpereigenen Proteinen sehr ähnlich sind.

Geschlossenes, vorsterilisiertes System

Hohlfaser-Bioreaktorsystemen haftet das Vor-urteil an, komplex in der Bedienung zu sein. Mo-derne teil- beziehungsweise vollautomatisierte Systeme wie das Cellab® Bioreactor-System unterstützen jedoch effi zient den Anwender, in kurzer Zeit reproduzierbare und skalierbare Ergebnisse zu erreichen. Ein wiederverwendba-res elektronisches Kontrollsystem steuert das Einwegset automatisch. Auf diesem Einwegset sind je nach Konfi guration der Bioreaktor, ein Gastransfermodul zur Anreicherung des Me-diums mit dem im Inkubator vorherrschenden Luftgemisch und der Mediumbeutel über Schläuche zu einem geschlossenen System verbunden. Das Einwegsystem wird bereits vorsterilisiert geliefert, so dass es mit wenigen Handgriffen einsatzbereit ist. Jeder einzelne Schritt des Kultivierungsprozesses wird von der mitgelieferten Software überwacht und zur späteren Auswertung notiert.

Zelltherapie – schon frühzeitig an die Kultivierungsmethode denken

Ein validierter, reproduzierbarer Prozess in einem geschlossenen, vorsterilisierten System ist ein bedeutender Faktor vor der Initiierung klinischer Versuche[1]. In den frühen klinischen Phasen kommen heute noch immer Standard-Zellkulturmethoden mit offenen Systemen wie T-Flaschen und Roller-Flaschen zum Einsatz, die schnell aufgrund der benötigten hohen Zellzah-len und regulatorischen Anforderungen wie GMP-Konformität an ihre Grenzen stoßen[2]. Zudem ist die Flexibilität limitiert, Prozessme-thoden zwischen den einzelnen klinischen Pha-sen zu wechseln. Daher ist es wichtig, sich schon frühzeitig Gedanken über eine geschlossene, reproduzierbare und skalierbare Zellkulturme-thode zu machen. Der Einsatz eines modernen Hohlfaser-Bioreaktorsystems ist als alternative Prozessmethode in Betracht zu ziehen.

Literatur[1] Clarke D., 2012, Implementing Custom Single-Use Solu-

tions for Cell Therapy Production Bioprocess Internatio-nal 10(5)s

[2] Szczypka M. et al., 2014, Single-Use Bioreactors and Microcarriers Scalable Technology for Cell-Based Thera-pies, Bioprocess International 12(3)

Cellab® Bioreactor-System in einem CO2-Inkubator: In Deutschland wird das System über die Meintrup DWS Laborgeräte GmbH vertrieben.

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Big Data? – Kein Problem!Dr. Alexander Wolf, Helmholtz Zentrum München, Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Neuherberg

Während sich die NGS-Technologie und der NGS-Markt rasant entwickeln, hat sich die Analyse und Interpretation von NGS-Daten als einer der komplexesten Aspekte herausgeschält. Ein Knackpunkt hierbei ist die tertiäre Analyse, die „Interpretation“ der Information. Mit Scanpy haben Alexander Wolf, Philipp Angerer und Fabian Theis vom Helmholtz-Zentrum München kürzlich ein Programm vorgestellt (doi: 10.1186/s13059-017-1382-0), das die tertiäre Analyse so schnell wie kein anderes durchführen kann. Die Chancen stehen gut, dass Scanpy als Auswertesoftware beim Human Cell Atlas-Projekt zum Einsatz kommt.

LABORWELTWas ist Scanpy und vor allem, was kann Scanpy?

WolfScanpy ist die erste Software, die eine umfäng-liche Analyse sehr großer Genexpressionsda-tensätze mit einem breiten Spektrum aus Me-thoden des maschinellen Lernens und Statistik erlaubt. Mit Scanpy decken wir den Bereich der tertiären Sequenzdaten-Analyse ab. Die primäre Analyse ist die eigentliche Sequenzierung, also die Bestimmung der Basenfolge der vielen kur-zen Erbgut-Moleküle. Die sekundäre Analyse ist das „Read Mapping“ – also die rechenintensive Zuordnung der einzelnen Fragmente zu einem Referenzgenom. Die tertiäre Analyse meint die algorithmische „Interpretation“ der Ge-nexpressionsmatrizen, also insbesondere die Identifi kation von Zelltypen, Zellsubgruppen,

biologischen Prozesse und relevanten Genen. Mit welcher experimentellen Technologie die Primärdaten gewonnen wurden, ist dafür üb-rigens unerheblich – genauso, welche Art von Probe untersucht wurde. Es ist aber so, dass es im Bereich Einzellzellanalyse einige algorithmische Lösungen gibt, die sich als besonders relevant herausgestellt haben, um Aussagen zu Dosis-Wirkung-Beziehungen, zu Entwicklungsprozes-sen oder zu Krankheitsverlaufprozessen treffen zu können. Hier spielt Scanpy seine Stärken aus. Wenn man Daten mit Einzelzellaufl ösung vorlie-gen hat, kann man wunderbar undifferenzierte und differenzierte Zellen oder gesunde und Krebszellen miteinander vergleichen.

Wenn man alle Zellen des Human Cell Atlas kartografi eren möchte, braucht man Program-me wie Scanpy. Im Gegensatz zu bestehenden quelloffenen Programmen, ist Scanpy über-haupt erst in der Lage, die anfallenden Daten-mengen zu verarbeiten. Nur die kommerzielle Lösung der US-Firma 10x Genomics bietet eine, allerdings um ein Vielfaches langsamere, Alter-native. Wir wurden deshalb in den kommenden Wochen für eine Vorstellung beim Human Cell Atlas eingeladen. Übrigens beschreiten wir auch technologisch neue Wege: Während entspre-chende Biostatistik-Software traditionell in der Programmiersprache R geschrieben wurde, basiert Scanpy auf der Sprache Python, die die Machine Learning Community dominiert.

Dr. Dr. Alexander Wolfist Teamleiter für Maschinelles Ler-nen am Institute of Computational Bio-logy des Helmholtz-Zentrums München

Visualisierung von Genexpressionsmustern muriner Gehirnzellen mit Scanpy

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VI | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018

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bioecho life sciences gmbh›››

Inhibitor-freie DNA für zuverlässige PCR-Analysenbioechos ein-schritt-Technologie zur Reinigung von DnA aus biologischen Proben

ist signifikant einfacher im handling und schneller als bisherige methoden. PcR-

Anwendungen werden robuster und Ausfallrisiken eliminiert.

Das EchoLUTION Spin-Säulen-Verfahren funk-tioniert unter physiologischen Bedingun-gen, ohne denaturierende Salze und Etha-nol – also Reagenzien, die in herkömmlichen Silica-basierten Bind–Wash–Elute-Verfahren Anwendung finden, bis in die DNA-Fraktion verschleppt werden können und zur Inhibiti-on enzymatischer Schritte wie der PCR bis hin zum vollständigen Ergebnis-Ausfall führen.

Schnelle Lyse biologischer Proben

Die Echolution-Technologie startet mit der Ly-se der Zellen beziehungsweise des Gewebes un-ter nativen, wässrigen Bedingungen. Die für den jeweiligen Probentyp bestgeeigneten lytischen Aktivitäten (TurboLyseTM) wie Proteasen oder

Lipasen werden so gewählt, dass eine vollstän-dige Freisetzung der DNA in kürzester Zeit ge-währleistet ist. Im Gegensatz zu EchoLUTION findet bei bisherigen Methoden eine Bindung an eine Silica-Matrix in einem denaturierenden Milieu bei 7 M Guanidinium-Hydrochlorid statt. Unter diesen Bedingungen sind diese Metho-den auf nur ein kommerziell verfügbares Enzym und damit auf ein enges Substratspektrum an-gewiesen: die Proteinase K. Das optimierte Sub-stratspektrum der TurboLyse-Enzyme im neut-ralen Milieu hingegen führt zu einer schnelleren Lyse bei gleichzeitiger effizienter Unterdrü-ckung nukleolytischer Aktivitäten. So ist die Lyse bei den meisten Gewebetypen (Epithel-, Binde-, Nerven- und andere fettreiche Gewe-be) nach 15 Minuten abgeschlossen und bei fila-mentösen Proben nach spätestens 30 Minuten.

Zur Trennung der Nukleinsäure von zellulären Bestandteilen sowie von Prozess-Komponen-ten (Enzyme, Salze, Detergenzien) wird das Ly-sat auf die BioEcho-Spinsäule geladen und mit nur einem Zentrifugations-Schritt prozessiert. Die proprietäre Matrix wird je nach Probentyp so eingestellt, dass alle Proben- und Prozess-komponenten – und damit mögliche Inhibitoren späterer enzymatischer Analysen – vollständig zurückgehalten werden. Die DNA passiert unge-hindert die chromatographische Trenn strecke und befindet sich nach der Zentrifugation hoch-rein, entsalzt und gepuffert im Auffanggefäß. DNA bleibt ohne jede Adsorption über den ge-samten Prozess in Lösung und erfährt nur mini-male Scherkräfte.

Das patentierte EchoLUTION-Verfahren stellt sicher, dass DNA mit hoher mittlerer Kettenlän-ge erhalten wird. Durch die maximale Reinheit werden Nachweisreaktionen wie die qPCR deut-lich sensitiver und zuverlässiger als zuvor. Die Abbildung zeigt ein typisches qPCR-Ergebnis: die EchoLUTION-DNA wird mit einer um 1 bis 5 reduzierten Zyklenzahl (Ct) detektiert. Dies stellt eine signifikante Verbesserung der Sen-sitivität gegenüber dem aktuellen Stand der Technik dar. Die Entwickler von BioEcho sind sich sicher, dass die EchoLUTION-Extraktion eine Bereicherung des molekularbiologischen Methodenspektrums darstellt. Zudem ist das Verfahren nachhaltig: 70% weniger biomedi-zinischer Plastikmüll, kein organischer Abfall, deutlich reduziertes Verpackungsvolumen.

Kontakt

Dr. Frank Schäfer, BioEcho Life Sciences GmbH, Biocampus Colognefrank.schaefer@bioecho.de, www.bioecho.deTel.: +49 (0)221-998-897-0

Verbesserte Sensitivität bei Echtzeit-PCR. Genomische DNA aus je 5 mg Maus-schwanzgewebe wurde mittels Echolution Tissue DNA Micro-Kit (BE) und einem gängigen Silica-Kit (Q) gereinigt und in den angegebenen Verdünnungen in qPCR-Reaktionen (HOX D9 Amplikon) eingesetzt. Die Tabelle zeigt die zugehörigen Ct-Werte sowie die Differenz bei den jeweiligen Verdünnungen.

32_LW1_18_06_Advertorial_Bioecho.indd 6 22.02.2018 10:52:03 Uhr

Neue Optionen dank Hightech-PolymerenDr. Monika Burbach, Biozym Scientifi c GmbH, Hessisch Oldendorf; Bettina Weber, Lipocalyx GmbH, Halle (Saale)

Eine neue Generation von Reagenzien erhöht die Transfektions-effi zienz bei einer Vielzahl von Zelltypen. Daten für mehr als 160 verschiedene Zelltypen sind bereits verfügbar.

Die Transfektion beschreibt eine Reihe unterschiedlichster Metho-den, mit denen man fremde Nukleinsäuren in eukaryotische Zellen einbringen kann. Die Lipocalyx GmbH, ein in Deutschland ansässiger Spezialist auf dem Gebiet des Nuklein säure-Delivery, hat eine neue Generation synthetischer Transfektionsreagenzien entwickelt, die auf Hightech-Polymeren basieren. Der Transfektionsmechanismus imitiert die Aufnahme des Infl uenzavirus und damit einhergehend auch das aktive Ausschleusen der Transfektionspartikel aus den Endosomen. So wird die Transfektionseffi zienz bei Nutzung des sogenannten Viro-mer® bei einer Vielzahl schwer transfi zierbarer primärer Zellen wie bei-spielsweise Makrophagen oder Kardiomyozyten, aber auch Zelllinien wie RAW 264.7 Makrophagen oder C2C12 Myoblasten deutlich erhöht. Da sich alle Zelltypen auf ihre Weise unterschiedlich verhalten, kann eine geplante Transfektion auch schnell zu einer Herausforderung werden. In den meisten Fällen ist das optimierte Protokoll für einen bestimmten Zelltyp nicht zwangsläufi g ohne Adaption übertragbar. Um überhaupt Partikel aus der Umgebung aufnehmen zu können, ist zunächst einmal für alle zu transfi zierenden Zellen das Vorhandensein von ungerichteter Endozytose die Grundvoraussetzung. Die Optimie-rung der In-vitro-Transfektion erfolgt dann in vier Schritten:

l Fokus auf das Wachstum der betreffenden Zellen: Optimale Vor-aussetzungen ergeben sich bei einer Zellkonfl uenz von 60–80% am Tag der Transfektion.

l Variation der Menge an Transfektionskomplexen, die auf die Zellen gegeben werden: Das Verhältnis von Viromer zu Target (DNA oder RNA) bleibt hierbei immer konstant.

l Variation des Verhältnisses von Viromer zu Target: Das ermöglicht bei beispielsweise größeren Plasmiden (>8kb) eine bessere „Verpa-ckung“ durch mehr Transfektionsreagenz.

l Variation der Inkubationszeit: Ausschlaggebend hierfür ist vor allem der Turn over des betreffenden Proteins – sowohl bei Expressions- als auch bei Knock-down-Studien – der den optimalen Zeitpunkt der Analyse bestimmt. Der Standardwert beträgt zwischen 24–72h (abhängig von der Readout-Methode).

Bei Einsatz eines neuen Zelltyps oder Targets ändern sich die Transfek-tionskonditionen zwangsläufi g, so dass es immer empfehlenswert ist, eine neue Optimierungsrunde durchzuführen. Weitere Informationen zur Transfektion von mehr als 160 verschiedenen Zelltypen sind auf www.viromer-transfection.com zu fi nden.

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VIII | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018

Service Verbände

LABORWELT-Partner

Deutsche Gesellschaft für Proteomforschung

www.dgpf.org

BIO Deutschland www.biodeutschland.org

Deutsche Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) www.dghm.org

bts (Biotechnologische Studenten initiative e.V.)

www.bts-ev.de

Gesellschaft für Genetik

www.gfgenetik.de

GESEL

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HAFT FÜRG

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ETIK

Gesellschaft für Signaltransduktion

www.sigtrans.de

Gesellschaft für Pharmakologie und Toxikologie www.dgpt-online.de

Nationales Genom-forschungsnetz

www.ngfn.de

Deutsche Gesellschaft für Neurogenetik

www.hih-tuebingen.de/dgng/

Netzwerk Nutrigenomik

www.nutrigenomik.de

DiagnostikNet-BB

www.diagnostiknet-bb.de

ÖsterreichischeReinraumgesellschaft (ÖRRG) www.oerrg.at

Österreichische Ges. f. Laboratoriums-medizin & Klinische Chemie www.oeglmkc.at

Verband der Diagnostica-Industrie e.V.

www.vdgh.de

Dt. Ver. Gesell. f. Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin e.V. (DGKL) www.dgkl.de

Deutsche Gesellschaftfür Klinische Chemieund Laboratoriumsmedizin e.V.

DiagnostikNet-BB

Wissensvorsprung mit Qualitätssiegel

DGHM

Highlights beim DGHM-Kongress

ÖRRG

Einladung zum Kamingespräch im Norden

Im Oktober 2017 startete die Diagnostik Akademie ihr auf den Bedarf der In-vitro-Diagnostik (IVD) zugeschnittenes Seminar-programm. Den Auftakt bildete ein Workshop zur im Mai 2017 in Kraft getretenen EU-Verordnung über IVD. Daran nahmen mehr als 40 Vertreter aus dem Bereich Qualitäts-management teil, um sich über den neuen Rechtsrahmen zu informieren und mit Exper-ten Lösungsansätze zu diskutieren. Die Teil-nehmer nutzten zudem ausgiebig die Chance, sich über Unternehmensgrenzen hinweg zu vernetzen und auszutauschen. Aufgrund der künftig geltenden höheren Anforderungen rücken für Diagnostik-Hersteller – intensiver als bisher – Themen wie Leistungsbewertung und klinische Studien, Qualitätsmanagement und Software oder Risikomanagement in den

Der Jubiläumskongress der Deutschen Gesellschaft für Hygiene und Mikrobiologie (DGHM) e. V. im Februar ist Geschichte. Zu den Highlights der 70. Jahrestagung gehörte die Vorstellung aktueller Entwicklungen im Bereich Mykotische Erkrankungen und Wirtssuszep-tibilität. Kongresspräsident Prof. Dr. Jan Buer zeigte sich hier beeindruckt: „Der Arbeitsgruppe von Julian Nagli vom King’s College in London ist es in Zusammenarbeit mit deutschen Wis-senschaftlern gelungen, bei Candida albicans, einem Kommensal der normalen menschli-chen Flora, das aber auch lebensgefährliche Infektionen hervorrufen kann, wenn der Wirt ein geschwächtes Immunsystem hat, ein Gift nachzuweisen. Das Toxin, das Candidalysin, bildet an der Membran der Wirtszelle Löcher

Die nächsten Kamingespräche der Österrei- chischen Reinraumgesellschaft (ÖRRG) fi nden im Norden Deutschlands statt. In Norderstedt erwartet die Teilnehmer am 17. und 18. April das neue Logistik- und Produktionswerk der Schweizer Condair-Gruppe, einem Spezialisten für Luftbefeuchtungsanlagen. Dort wurden moderne Technologien wie Geothermie, Hybrid-kühldecken, Photovoltaik und eine CO2-Einspa-rung implementiert. Ebenfalls interessant: Auf Hologrammen können alle Technologien für die

Vordergrund. Aber auch Aspekte hinsichtlich der Qualitätsanforderungen an IVD außerhalb der EU spielen eine wichtige Rolle. Daher bietet die Diagnostik Akademie 2018 vor allem auch zu diesen Themen Seminare an. Die geplanten Veranstaltungen im Einzelnen:

l 14. März | Internationales Qualitätsmanage-ment

l 17. April | Leistungsbewertung & Klinische Studien

l 17. Mai | Qualitätsmanagement & Soft-ware

l 7. Juni | Projektmanagementl 30. August | Risikomanagementl 22. November | Arbeitsrecht

Kontakt: d.wimmer@diagnostiknet-bb.de

und kann sie so zerstören. Am Beispiel von Schleimhautzellen des Mundes konnten die Wissenschaftler diesen Mechanismus nach-weisen. Solche oralen Infektionen mit Candida albicans sind extrem häufi g bei HIV-Patienten, aber auch bei sehr jungen und alten Menschen mit einem schwachen Immunsystem.“ Buer ist am Institut für Medizinische Mikrobiologie am Universitätsklinikum Essen tätig. Neben ihm gehörten noch Prof. Dr. Sören Gatermann, Abteilung für Medizinische Mikrobiologie der Ruhr-Universität Bochum, und Prof. Dr. Frauke Mattner, Institut für Hygiene der Kliniken der Stadt Köln gGmbH, zum Kongresspräsidium.

Kontakt: kerstin.aldenhoff@conventus.de

Luftbefeuchtung dargestellt werden. Das zwei-te Highlight der Reise ist der Besuch des Camfi l Experience Center in Reinfeld, wo interaktiv und multimedial die Wichtigkeit der Luftqualität in Gebäuden erlebbar gemacht wird. Die Kosten für Flug und Übernachtung sind von den Teil-nehmern selbst zu tragen, die restlichen Kosten (Verpfl egung, Transport) werden von der ÖRRG, Condair und Camfi l übernommen.

Kontakt: michael.baumgartner@oerrg.at

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sInterview Zellanalyse/Screening

Raman-Fingerabdrücke auf dem Weg in die KlinikMit Raman-Spektroskopie können Analysen von biologischen Proben mit hoher Auflösung und hoher Spezifität gemacht werden. Trotzdem ist die Technologie nur selten in Forschungsla-boren anzutreffen. LABORWELT sprach mit dem Spektroskopie-Experten Christian Matthäus vom Leibniz-Institut für Photonische Technologien über die Vor- und Nachteile der Methode und über mögliche klinsiche Anwendungen.

LABORWELTWorin unterscheidet sich die Raman-Spektroskopie von der Fluoreszenzspekt-roskopie?

MatthäusBei einer Anregung, die Fluoreszenz zur Fol-ge hat, wird immer ein Elektron von einem Orbital in ein anderes transportiert. Verlässt das Elektron dieses Orbital, emittiert es Licht. Dessen Auswertung erlaubt qualitative und quantitative Aussagen über die untersuchte Substanz. Bei der Raman-Spektroskopie wird kein elektronischer Übergang angeregt, son-dern ein Schwingungszustand. Ein Photon trifft auf ein Molekül und transferiert einen Teil seiner Energie in dieses Molekül. Dass ein Photon dies schafft, ist allerdings ein äußerst seltenes Ereignis. Von einer Million Photonen ist es nur ein einziges. Diese durch die Energie-abgabe veränderten Photonen zählen wir. Das ist die Raman-Spektroskopie.

LABORWELTWo liegen die Vorteile bei der Analyse von biologischen Proben?

MatthäusDas Verfahren ist nicht zerstörend und funkti-oniert ohne zusätzliche Markierungen. Zudem tragen alle Bestandteile von Zellen und Ge-weben zu den Raman-Spektren bei. Dadurch können Informationen gewonnen werden, wie sie durch keine andere Spektroskopietechno-nolgie ermittelt werden können.

LABORWELTAber es gibt Nachteile …

MatthäusGerade die Komplexität der sogenannten spektralen Fingerabdrücke macht die Auswer-tung aufwendig. Die Datensätze sind riesig und die Datenanalyse der Raman-Spektren ist ein langwieriger Prozess. Daher wird an vielen Methoden gearbeitet, die Komplexität zu verringern ohne dabei die Aussagekraft zu schmälern. Verfahren wie die Resonanz-Ra-man-Streuung und die oberflächenverstärkte Raman-Streuung verstärken die Signale und führen zu weniger komplexen Spektren. Ein anderer Weg ist, die Raman-Spektroskopie mit anderen Bildgebungstechnologien zu verknüp-

Dr. Christian Matthäusarbeitet in der Abteilung Spektroskopie und Bildgebung des Leibniz-Institutes für Photonische Technologien e.V. in Jena (Leibniz-IPHT). Bereits seit seiner Doktor-arbeit in den USA in den frühen 2000er Jahren beschäftigt sich Matthäus mit der Infrarot- und Raman-Spektroskopie von eukaryotischen Zellen und Geweben. Seit 2009 forscht er in der Arbeitsgruppe von Prof. Jürgen Popp am Leibniz-IPHT und an der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

fen. Vielversprechend ist die Kombination mit einem für die Gewebedarstellung besonders geeignetem Lichtmikroskop, zum Beispiel einem Multiphotonenmikroskop.

LABORWELTWelche Gewebe eignen sich besonders gut für eine Untersuchung?

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Zellanalyse/Screening Interview/Produktwelt

Promocell GmbH

Große Auswahl an zellbasierten Assays

Unter der Marke PromoKine bietet die Promocell GmbH eine Vielzahl an Kits und Reagenzien zum sensitiven und schnellen Nachweis von Zellvia-bilität/Zellproliferation, Zytotoxizität, Nekrose/Apoptose sowie Signaltransduktion, Seneszenz, Zellstress und Zellmetabolismus an.

Die PromoKine Colorimetric Cell Viability-Kits basieren auf der Reduktion verschiedener Tetrazolium-Salze (MTT, XTT, WST-1 & WST-8), während die Fluorometric Cell Viability-Kits Resazurin beziehungsweise Calcein-AM in fluo-reszierende Verbindungen umwandeln. Mit den Bioluminescent Cell Viability-Kits kann die ATP-Produktion als Marker der Zellviabilität mittels eines Luziferase-Assays bestimmt werden.

Die Zellproliferationskits von PromoKine ba-sieren auf zum Beispiel CFSE, DNA-bindenden Fluoreszenzfarbstoffen oder EdU-Konjugaten und erlauben eine Detektion und Quantifizie-rung der Zellteilung über Fluoreszenzmikroskop, Durchflusszytometer oder Mikroplatten-Photo-meter. Die Zytotoxizitätsassays quantifizieren den Anteil toter Zellen kolorimetrisch, fluoro-metrisch oder luminometrisch über die Menge an freigesetzter Laktatdehydrogenase (LDH) beziehungsweise Adenylatkinase (AK) – oder über Bindung von Farbstoffen wie Neutralrot, Kristallviolett oder Sulforhodamin B.

Dem Angebot der Zellmetabolismus/Zell-stress-Kits werden momentan zahlreiche Assays für die Forschung in den Bereichen Onkologie, Diabetes, Adipositas und kardiovaskuläre Krank-heiten zugefügt. Detaillierte Informationen gibt es unter www.promokine.info/cell-analysis und www.promokine.info/apoptosis.

PromoCell GmbHTel.: +49 (0)6221-649-34-0info@promokine.infowww.promokine.info

MatthäusWenn fluoreszierendes Gewebe in der Nähe ist, dann wird es schwierig, die Raman-Strahlung zu detektieren. Farbintensive Gewebe wie die Leber sind daher herausfordernd und müssen unter Umständen durch höhere Laserleistung gebleicht werden. Bei beispielsweise Gehirn und Haut ist die Anwendung deutlich einfacher.

LABORWELTGibt es schon eine klinische Anwendung der Raman-Spektroskopie?

MatthäusZirka 90% der medizinischen Anwendungen sind bisher Machbarkeitsstudien. Aber für die Zukunft sehe ich hier großes Potential. Wir selbst stehen kurz vor einer zugelassenen Anwendung. Derzeit laufen zwei klinische Studien mit dem von unserem Institut miten-twickelten System Hemospec. Es besteht aus einem kleinen Mikrofluidikchip, auf den das Blut aufgetragen wird, und einem Lesegerät in Fern-bedienungsgröße. In den Studien mit 80 bezie-hungsweise 183 Teilnehmern wird die Fähigkeit des Tests untersucht, Sepsis-Patienten schnell und verlässlich zu erkennen. Eines der Module von Hemospec ist ein Sepsis-Modul. Im Prinzip handelt es sich hier um einen Leukozytentest. Aus ein bis zwei Milliliter Blut des Patienten isoliert Hemospec die weißen Blutkörperchen und fertigt von ihnen Raman-Spektrogramme an. Inklusive automatisierter Auswertung und statistischer Interpretation dauert das ganze maximal 40 Minuten. Dann kann der Arzt anhand des Raman-Fingerabdrucks der Leuko-zyten erkennen, ob eine Entzündung oder eine Infektion vorliegt. Sogar die Klasse des Krank-heitserregers kann grob bestimmt werden.

LABORWELTWas kann mit dieser markerfreien Methode auf Zellebene unterschieden werden?

MatthäusFür die Bildgebung von Zellen ist die Raman-Spektroskopie grundsätzlich gut geeignet. Es

hängt immer ein bisschen davon ab, welche Moleküle oder Molekülgruppen von Interesse sind. Zytosol, Zellkern und Mitochondrien sind aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammen-setzung einfach zu unterscheiden. Schwierig, aber nicht unmöglich, wird es, wenn man auf subzellulärer Ebene bestimmte Biomoleküle de-tektieren will. Hier kommt es auf das Molekül an. Resonanz-Raman funktioniert zum Beispiel gut bei Chromophoren. Im Prinzip geht es darum, ein in der Probe vorliegendes, fluoreszierendes Molekül anzuregen, Raman-Strahlung zu emit-tieren. Es gibt die Möglichkeit, Raman-Strahlung mit Elektronenübergängen zu koppeln. Es wird also eine Schwingung und ein Elektronenüber-gang angeregt. Mit dieser Technik kann zum Beispiel Cytochrom C in der lebenden Zelle ohne zusätzliche Markierungen beobachtet werden. Neben Enzymen, die mit Metallatomen oder -ionen komplexiert sind, können mit Resonanz-Raman auch Moleküle mit konjugierter Dop-pelbindung detektiert werden. Carotinoide wären hier ein gutes Beispiel. Für Moleküle, welche in die Zelle aufgenommen werden, wie zum Beispiel Lipide, kann man stabile Isotopen (Deuterium u.a.) einsetzen. Sie verschieben das Raman-Signal der Streckschwingungen der Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen erheblich – in einen Bereich in dem biologische Moleküle normalerweise keine Banden aufweisen. Die chemischen Eigenschaften bleiben bei dieser Art der Markierung jedoch unverändert.

LABORWELTSie hatten bereits Hemospec erwähnt. Wel-che anderen Anwendungen außerhalb der Grundlagenwissenschaft sind denkbar?

MatthäusDie Biotech- und Pharmaindustrie könnte die Raman-Spektroskopie intensiver nutzen. Zell-metabolismus, Aufnahme von Wirkstoffen, Drug-Delivery-Systeme etc. – dieses Feld ist mei-nes Erachtens noch nicht vollständig beackert. Da ist noch viel zu erwarten. Zielsetzung ist, was unser Institut angeeht, die klinischen Anwendin-gen so weit zu treiben wie möglich.

Schematische Abbildung des Hemospec-Mikrofluidik-Chips

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19. Jahrgang | Nr. 1/2018 | XI

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Produktwelt Zellanalyse/Screening

Sarstedt AG & Co. KG

IBA GmbH

Cell Imaging – die Zellen im Fokus

Vollständig reversible Zellisolation mit FABian®

Ganz gleich ob fluoreszenz- oder lichtmikros-kopische Analysen an lebenden oder fixierten Zellen, Parallelanalysen oder Einzeluntersuchun-gen durchgeführt werden sollen – die Vielfalt der Sarstedt lumox®- und x-Well-Produkte bietet ideale Lösungen für bestmögliche Ergeb-nisse bei Cell-Imaging-Versuchen. Die Vorteile der x-well-Zellkulturkammern im Überblick:l erhältlich mit Objektträgern aus PCA, Glas,

Deckglas oder lumox-Folie,l zeiteffiziente Durchführung aller Schritte

von histologischen und Fluoreszenzfärbun-gen in den x-Well-Zellkulturkammern und

l kosteneffiziente Durchführung von Ex-perimenten aufgrund kleiner Komparti-mentierung (Reduzierung der Zellzahl und Reagenzien).

l Bei den mit „ablösbar“ gekennzeichneten Produkten lässt sich die Kammer ohne Werkzeug so ablösen, dass keine Kleberück-stände auf dem Objektträger verbleiben.

Bei den lumox multiwell & dish-Produkten sorgt der gasdurchlässige, hochtransparente Folienboden für ausgezeichnete Ergebnisse bei mikroskopischen Analysen von leben-den und fixierten Zellen. Die schwarzen

Üblicherweise werden mononukleare Zellen (PBMCs) mittels Dichtegradientenzentrifuga-tion aus Vollblut isoliert. Für Subpopulationen, wie T- und B-Zellen, stehen Magnetbead-basier-te Systeme zur Verfügung, welche mit Hilfe von Antikörpern die Zielzellen binden. Diese Positiv-Selektionen liefern im Regelfall die besten Rein-heiten der isolierten Zellpopulation, haben aber auch gravierende Nachteile: So ist die Bindung der hochaffinen Antikörper nahezu irreversibel,

24-, 96- und 384-Well-Zellkulturplatten mit lumox-Folienboden (50 µm) sind für fluores-zenzmikroskopische Analysen konzipiert. Die Schalen mit Folienboden (25 µm) eignen sich für weitere Anwendungen wie zum Beispiel die Elektronenmikroskopie, bei denen der Boden ausgeschnitten werden muss. Details sind abrufbar unter www.sarstedt.com.

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was zur Blockierung von Zellrezeptoren oder gar zu einer Zellaktivierung führen kann.

FABian, die nicht-magnetische Affinitätschro-matographie Fab-TACS® (Traceless Affinity Cell Selection) von IBA Lifesciences, bietet die Vor-teile einer Positiv-Selektion, verzichtet jedoch auf die Verwendung von irreversibel bindenden Antikörpern. CD-spezifische, niedrigaffine Fab-Fragmente binden reversibel an Zielzellen, welche anschließend über das Strep-tag®:Strep-Tactin®-System schonend isoliert werden. Unter der Verwendung der Fab-TACS-Technologie bietet FABian ein vollautomatisiertes Stan-dardverfahren zur Zellisolation, welches die derzeit üblichen Verfahren überflüssig macht. PBMC-ähnliche Zellpopulationen, T- und B-Zellen lassen sich dadurch mit hohen Ausbeuten und großer Reinheit direkt aus Vollblut oder Buffy Coat isolieren. Dabei liefert FABian nicht-aktivierte, reagenzienfreie Zielzellpopulationen, deren Vitalität neue Maßstäbe setzt.

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Prämierte Festphasen-Peptidsynthese

Das Liberty Blue als Mikrowellen-Peptid-Synthesizer der 2. Generation ermöglicht in wenigen Stunden die schnelle Synthese von reinen Peptiden und schwierigen Sequenzen. Im Vergleich ist das neue System:l noch schneller. Nur 4 min Zykluszeit er-

möglichen die Synthese in Stunden statt in Tagen.

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Mit der typischen Synthesezeit von wenigen Stunden ist das Liberty Blue eine Alternative zu Parallel-Synthesizern. So wird beispielsweise das 76mer-Peptid Ubiquitin mit >60% Reinheit in weniger als vier Stunden synthetisiert.

CEM GmbH Carl-Friedrich-Gauß-Straße 947475 Kamp-Lintfort Tel.: + 49 (0)2842-964 40 Fax: + 49 (0)2842-964 411info@cem.comwww.peptid-synthese.de

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XII | 19. Jahrgang | Nr. 1/2018

Ausblick

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LABORWELT (ISSN 1611-0854) erscheint 5-mal im Jahr im Verlag der

BIOCOM AGLützowstraße 33–3610785 Berlin, GermanyTel./Fax: 030/264921-0 / 030/264921-11laborwelt@biocom.dewww.biocom.de

RedaktionDr. Martin Laqua, Tel.: 030/264921-68

Titelbild: tilialucida/fotolia.com

Namentlich gekennzeichnete Beiträge stehen in der inhaltlichen Verantwortung der Autoren. Alle Beiträge sind urheberrechtlich geschützt und dürfen ohne schriftliche Genehmigung des BIOCOM Verlages nicht reproduziert oder verbreitet werden.

Impressum

Themen

Analytica 2018

Das nächste LABORWELT-Spezial wird wie gewohnt in den Händen – und Köpfen – der Teilnehmer der diesjährigen Analytica sein. Dort kommen Gerätehersteller, Laborana-lytiker, Wissenschaftler und Anwender zusammen, um neue Entwicklungen rund um Themen wie DNA-, RNA- und Protein-analytik, 3D-Druck oder die Prozessdigitali-sierung aufzusaugen. Erscheinungstermin des Spezials ist der 29. März 2018. Beiträge können bis 12. März 2018 eingereicht werden (Redaktionskontakt: m.laqua@biocom.de).

Termine

Werbekunden bietet diese Ausgabe, beglei-tend zum redaktionellen Inhalt, eine ideale Plattform für ihre Anzeigen. Reservieren Sie Ihren Werbeplatz bis spätestens 12. März 2018. Informationen geben Oliver Schnell (Tel.: +49-30-264921-45, E-Mail: o.schnell@biocom.de) und Christian Böhm (Tel.: +49-30-264921-49, c.boehm@biocom.de).

Vorschau Heft 2/2018Gesundheit

Auch Atem kann Grippeviren übertragen

Um Grippeviren nicht weiter zu übertra-   gen, halten infizierte Patienten am besten Abstand von gesunden Menschen. Denn Tröpfcheninfektionen verbreiten sich schnell. Bislang ging man davon aus, dass die virusbe-ladenen Partikel hauptsächlich über Niesen oder Husten weitergegeben werden. Doch einer kürzlich veröffentlichten Studie (PNAS,

Das Bakterium C. metallidurans kann dort leben, wo es anderen Organismen zu giftig ist: in der Umgebung von Schwermetallen. Der Trick des Winzlings: Er kann die Konzen-tration der Metallverbindungen regulieren – und bei Bedarf giftige Goldverbindungen in ungiftiges Reingold umwandeln. Diese sind im Bild als kleine Goldnuggets zu erkennen. Welche molekularen Prozesse genau ablaufen, haben Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Technischen Universität München (TUM) herausgefunden (MetAlloMicS, doi: 10.1039/c7mt00312a).

Aus der laborwelt.de-Galerie

Bakterium produziert Gold

Axolotl-Forschung

Genom geknacktVerliert der kannibalistisch veranlagte    

mexikanische Axolotl ein Körperteil, wächst innerhalb weniger Wochen ein perfekter Ersatz mit Knochen, Muskeln und Nerven an den richtigen Stellen nach. Hinweise, wie der Wunder-Lurch das macht, hoffen Wissen-schaftler im Genom zu finden. Erstmals hat ein Team von Forschern aus Wien, Dresden und Heidelberg nun alle Teile des gigantischen Erbsubstanz-Puzzles des Axolotls entschlüs-selt (NAt. doi:10.1038/nature25458).

Genetik

Saure Sinne Was hat saurer Geschmack mit dem    

Gleichgewichtssinn zu tun? Eine ganze Menge, wie Forscher aus den USA herausfanden (Sci-eNce, doi: 10.1126/science.aao3264). Denn das Gen Otopetrin 1 führt nicht nur dazu, dass in den Geschmackszellen Protonenkanäle entste-hen, sondern ist auch für die Bildung winziger Ohrsteinchen im Mittelohr verantwortlich. Die Steinchen sorgen durch ihre träge Masse und ihre Gewichtskraft für die Wahrnehmung von Schwerkraft und Beschleunigung.

doi: 10.1073/pnas.1716561115) zufolge reicht Ausatmen bereits aus, um Grippeviren zu verbreiten. Besonders in den ersten Krank-heitstagen sollen Grippepatienten infektiöse Aerosole in die Luft abgeben, welche dann über kurze Distanzen auf die Schleimhäute anderer Menschen übertragen werden.

Die Forscher untersuchten 142 Patienten mit einer Influenza-Infektion. Sie nahmen am ersten, zweiten und dritten Tag nach Ausbruch der Grippe-Symptome Proben der Influenza-Aerosole während die Probanden atmeten, sprachen, husteten und niesten. Anschließend bestimmten sie, wie infektiös die Tröpfchen wa-ren. 11 aller 23 Aerosolproben, die ohne Husten oder Niesen gesammelt wurden, enthielten virale RNA. Darunter wiesen die Forscher in acht der elf Proben infektiöse Viren nach.

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Die englischsprachige „Visitenkarte” der deutschen Medizintechnik-Branche beleuchtet die Stärken der deutschen Unternehmen und die Vielfalt ihrer Produkte auf zweiseitigen Firmenprofi len – von innovativen Medizinprodukteherstellern bis hin zu Dienstleistern im Gesundheitswesen. Abgerundet wird das Buch mit informativen Wirtschafts- und Finanzkennzahlen sowie einem Überblick zu den Technologietrends im nationalen und internationalen Gesundheitsmarkt.

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