Automatisierung der LC-MS/MS im Therapeutischen Drug Monitoring

LC-MS-basierte Assays bieten eine hohe Genauigkeit, Spezifität und Analysegeschwindigkeit und finden deshalb in vielen klinischen Laboren ihren Einsatz. Dies gilt insbesondere für das Therapeutische Drug Monitoring, wo viele verschiedene Arzneimittel getestet werden müssen und ein enges therapeutisches Fenster oft eine hohe Analysegenauigkeit verlangt. 

Obwohl die meisten Systeme derzeit nicht IVD-zertifiziert sind, zeichnet sich ein Entwicklungsschub in der Automatisierung ab. Das Interesse ist groß, da die automatisierte Probenvorbereitung für die LC-MS/MS den Durchsatz erheblich steigern kann und dem Personal mehr Zeit für wichtigere Aufgaben bleibt. Weitere Vorteile der Automatisierung sind eine hohe Reproduzierbarkeit und Rückverfolgbarkeit sowie die Beseitigung manueller Fehler.

Hamilton hat gemeinsam mit Chromsystems eine Plattform speziell für die klinische Diagnostik entwickelt, die die regulatorische Anforderungen in klinischen Laboren berücksichtigt. Das Ergebnis dieser Zusammenarbeit ist MassSTAR: Es vereint eine zuverlässige Automatisierungslösung von Hamilton mit validierten Chromsystems-Assays zu einem CE-IVD-konformen Automatisierungsworkflow, der sich ideal für das Therapeutische Drug Monitoring (TDM) in der klinischen Routine eignet.


Mehr als 100 Parameter  - mit einem chromatographischen Setup

Die Automatisierung basiert auf MassTox® TDM Serie A von Chromsystems, einem modularen System mit drei Komponenten: den spezifischen Parameter-Sets, der chromatographischen Säule sowie dem Basic Kit A (siehe unten). Dies ermöglicht die Überwachung von rund 200 Parametern ohne Wechsel der Säule oder der mobilen Phasen. In Kombination mit einem nahezu identischen Probenvorbereitungs-Workflow über alle Parameter-Sets hinweg trägt dies zu einer Minimierung des Arbeitsaufwands im Labor bei. Darüber hinaus ermöglicht die LC-MS/MS Multi-Analyt-Messungen - viele Parameter können so in einem einzigen Lauf bestimmt werden. Nahezu alle Parameter sind durch einen eigenen internen Standard abgesichert, wodurch eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist. 3PLUS1® oder 6PLUS1® Multilevel Calibrator Sets und MassCheck®-Plasmakontrollen sind ebenfalls Teil der Lösung und sorgen für eine hohe Genauigkeit der Daten und für die Rückverfolgbarkeit der Ergebnisse. Bisher können mehr als 100 Parameter in einem vollständigen CE-IVD-Workflow auf dem MassSTAR automatisiert werden, weitere Parameter folgen (das vollständige Testmenü finden Sie hier). Die Probenvorbereitungszeit variiert je nach Verdünnungsfaktor. 96 Proben benötigen eine Gesamtlaufzeit von ungefähr 90 Minuten, davon sind etwa 80 Minuten "walkaway-time"; also die Zeit, während der das Gerät selbstständig ohne Nutzereingriffe arbeiten kann.


Die drei Komponenten der MassTox® TDM Serie A

MasterColumn® A: Analytische Säule für alle Parameter

Parameter-Sets: 200 Parameter aufgeteilt in 13 Parameter-Sets; jedes Set enthält individuelle Kalibratoren, Kontrollen und interne Standards. 7 Parameter-Sets für mehr als 100 Parameter sind aktuell auf dem MassSTAR automatisiert.

Basic Kit A: Alle gängigen Komponenten für die Probenvorbereitung und mobile Phasen.


Abbildung 1: Chromatogramm des Parameter-Sets Neuroleptika 1/EXTENDED zur Bestimmung von 11 Parametern mit einer Injektion.


Automatisierung im regulatorischen Umfeld

Aktuell berücksichtigen die meisten Automationssysteme zur Probenvorbereitung für die LC-MS/MS nicht die für klinische Labore geltenden regulatorischen Anforderungen. In Europa muss zudem die neue In-vitro-Diagnostika-Verordnung (IVDR) beachtet werden, die starke Auswirkungen auf klinische Labore hat. Als zukunftssichere Lösung muss daher ein Automatisierungssystem mitsamt seinen Assays den regulatorischen Anforderungen entsprechen. Deshalb wurden die Workflows für den MassSTAR CE-IVD-konform entwickelt und eine Zertifizierung nach IVDR ist ebenfalls in Vorbereitung. Das Eingehen auf diese Anforderungen bedeutet zwar einen enormen Aufwand in der Methodenentwicklung, aber dafür können sich Labore auf eine Lösung verlassen, die in Bezug auf alle regulatorischen Anforderungen auf dem neuesten Stand ist und bleibt. 


Nutzerfreundlichkeit als Kriterium

Welche weiteren Anforderungen sind klinischen Laboren wichtig? Sowohl bei der Etablierung, als auch der Umsetzung neuer Automatisierungsprozesse kommt es entscheidend auf die Benutzerfreundlichkeit an. Für MassTox® TDM Serie A und alle zukünftigen Erweiterungen hat Chromsystems eine grafische Benutzeroberfläche, kurz GUI, entwickelt, die den Nutzer durch den Ladevorgang des Instruments führt. Hinzu kommt eine Bestandsprüfung, ein Barcode-Abgleich, die Überprüfung der richtigen Plattenpositionierung sowie die Prüfung der Flüssigkeitsstände der Reagenzien. Damit ist sichergestellt, dass beim Start der Probenvorbereitung alle Reagenzien und Verbrauchsmaterialien in ausreichender Menge vorhanden sind. Dahinter stecken ausgeklügelte, autonome Fehlerbehandlungsalgorithmen. Weitere Benutzereingriffe sind nicht erforderlich, so dass über längere Zeiträume andere Aufgaben im Labor wahrgenommen werden können. Bildschirme zeigen den aktuellen Stand des Probenvorbereitungsprozesses und die Schritte, die das System als Nächstes durchführen wird. Das GUI verhindert zudem ungültige Benutzereingaben und ist vor unbefugten Manipulationen geschützt. Darüber hinaus ermöglicht ein maßgeschneiderter Reagenzienträger für die MassTox® TDM Serie das Laden von Assay-Reagenzien in ihren Originalbehältern. Dadurch entfällt das Umfüllen der Reagenzien - das spart Zeit, verhindert Kontaminationen und Verwechslungenen von Reagenzien und verringert die Verdunstung der Flüssigkeiten. Verarbeitete Proben und Reagenzien können während des Laufs entladen werden, um das Zeitmanagement im Labor zu optimieren. Sobald beispielsweise die Patientenproben in die Platte pipettiert wurden, können sie aus dem System entfernt werden, selbst wenn der Workflow noch nicht abgeschlossen ist.


Abbildung 2: Für eine intuitive Bedienung ist das Layout der Softwareschnittstelle identisch mit dem Decklayout von MassSTAR.

Abbildung 3: MassSTAR Decklayout für MassTox® TDM Serie A 
1 Reagenzienträger für Kalibratoren und Kontrollen, 2 Reagenzienträger für die Probengefäße, 3 Chromsystems Reagenzienträger, 4 Träger für Pipettenspitzen und 96-(Deep-)Well-Platten, 5 Träger für (Heater-) Shaker und Platte als Gegengewicht, 6 Zentrifuge, 7 Abfall , 8 Barcodereader


Datenkonsistenz bei hohem Durchsatz

Eine Sorge, die Labore beim Wechsel von manuellen zu automatisierten Probenvorbereitungsprozessen oft beschäftigt, ist die Datenkonsistenz, die Probleme bei der Interpretation der Ergebnisse verursachen kann. Methodenvergleiche zwischen manueller und automatisierter Probenvorbereitung zeigen jedoch eine hohe Korrelation der Daten. Im Wesentlichen: die Automatisierung bietet gleiche Ergebnisse in Kombination mit einem geringeren Risiko von Pipettierfehlern, erhöhtem Durchsatz und reduzierten Kosten.


Abbildung 4: Passing-Bablok-Regression zum Vergleich der manuellen und automatisierten Probenvorbereitung für die vier Analyten Olanzapin, Lacosamid, Itraconazol und Mycophenolsäure (MPA). Die Diagramme zeigen eine hohe Korrelation der Daten. 


Sicherer als manuell

Automatisierung kann das Risiko von Pipettierfehlern im Vergleich zum manuellen Probenvorbereitungsprozess reduzieren – aber ein Automatisierungssystem wie MassSTAR kann noch viel mehr. So kann das System beispielsweise alle Pipettierschritte sensorisch überwachen – einschließlich Gerinnsel- und Schaumerkennung (clot detection). Diese Fähigkeit basiert auf einem der wichtigsten Sicherheitsmerkmale von MassSTAR: dem so genannten "total aspiration and dispense monitoring" (TADM™). In allen Pipettierkanälen wird der Druck während jedes Pipettierschritts in Echtzeit überwacht. TADM™ verifiziert den Probentransfer mit einem rückverfolgbaren digitalen Audit-Trail und erkennt Fehler wie Blutgerinnsel oder falsch übertragene Volumina. Falls ein Fehler während des Pipettiervorgangs erkannt wird, behandelt ihn das System durch eine interne Fehlerbehandlung. Auffällige Proben werden ausgeschlossen.


Abbildung 5: TADM überprüft den Pipettiervorgang  und stellt sicher, dass Gerinnsel und andere Probleme identifiziert werden (die graue Linie zeigt ein typisches Druckprofil an).

1 Messing funktioniert nicht, 2  blockierte Spitze, Blutgerinnsel 3  zu kurze Probe, 4 falscher Wert 5 keine/zu wenig Probe  6 Dosiergeschwindigkeit falsch/blockierte Spitze, 7 Systemleck, 8 falsches Volumen


Zusammenfassung

Dank hoher Genauigkeit, Spezifität und Analysegeschwindigkeit gilt die LC-MS/MS als Goldstandard für das Therapeutische Drug Monitoring. Das Interesse an der Automatisierung ist in klinischen Laboren entsprechend groß. MassSTAR bietet in Verbindung mit den Chromsystems-Assays einen automatisierten CE-IVD-Workflow für mehr als 100 Medikamente/Metaboliten sowie für Immunsuppressiva und Vitamin D. MassSTAR ist eine Lösung, die klinischen Laboren einen hohen Benutzerkomfort sowie die regulatorische Konformität und Flexibilität bietet. Instrument und Assays werden vom Support-Team von Chromsystems unterstützt, das über umfassende Erfahrung in der klinischen LC-MS/MS und Automatisierung verfügt. Damit ist eine reibungslose Umstellung von der manuellen zur automatisierten Probenvorbereitung für die LC-MS/MS-Analyse sichergestellt. 


Letzte Aktualisierung am 23. November 2022

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