NHPHL führt eine ganze Serie von Tests für Infektionskrankheiten durch, welche für die öffentliche Gesundheit ausschlaggebend sind. Dazu zählen Influenza, Masern, Mumps, HIV, Syphilis und Hepatitis C. Anfang 2020, als die weltweite Pandemie ausbrach, sah sich das Labor gezwungen, zusätzlich zu seinen Routineaufgaben auch COVID-19-Tests mit kurzer Durchlaufzeit auszuführen. Dabei kam das Labor schnell auf 800 bis 1000 SARS-CoV-2-Tests pro Tag. Dr. Jessica L. Alexander, Virology/STD Laboratory Supervisor bei NHPHL, sagt dazu: „Zu Beginn der Pandemie hatten unsere Mitarbeitenden Mühe, die enorme Anzahl von Proben tagtäglich mit den vorhandenen manuellen Pipetten zu bewältigen, was zu einem Rückstau bei den Tests führte. Daher haben wir zur Bearbeitung von SARS-CoV-2-Proben bereits sehr früh den ASSIST PLUS-Pipettierroboter eingesetzt. Ohne diese Automatisierung wären wir nicht in der Lage gewesen, ein derart großes Testvolumen aufrechtzuerhalten oder die Nachfrage nach kurzen Durchlaufzeiten zu erfüllen.“

Steigende Nachfrage nach COVID-19-Tests

Die Arbeitslast des Labors stieg im November 2020 erneut drastisch auf 2000 Tests pro Tag an und blieb einige Monate auf diesem Höchststand. Dies stellte eine enorme Belastung für die Einrichtungen und das Personal dar und überstieg die Durchsatzkapazität des bestehenden Arbeitsablaufs im Labor. Um dem entgegenzuwirken, erwarb NHPHL eine tragbare elektronische MINI 96-Pipette. „Die MINI 96-Pipette in unsere PCR-Testprozesse zu integrieren, hat unsere Arbeitsabläufe beschleunigt und Pipettierfehler sowie den manuellen Arbeitsaufwand verringert“, so Jessica weiter. „Seitdem verwenden wir sie jeden Tag. Diese Anschaffung war für uns ein echter Wendepunkt.“

Automatisierung von Influenza-/SARS-CoV-2-Analysen

Das für den ASSIST PLUS Anfang 2022 neu eingeführte Einkanal-Pipettiermodul D-ONE veranlasste NHPHL, dessen Eignung für die Influenza-SARS-CoV-2 (Flu SC2) rRT-PCR-Multiplex-Analyse der Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention zu prüfen. Die Ergebnisse dieser Evaluierung wurden im Mai 2022 als Posterabstrakt auf der Jahresversammlung der Association of Public Health Laboratories vorgestellt. Pedro Tirado Velez, Virologie-Laborant bei NHPHL, erklärt: „Wir haben eine Verdünnungsreihe aus fünf zuvor getesteten positiven SARS-CoV-2-Proben erstellt. Wir haben den ASSIST PLUS und D-ONE dazu verwendet, den Mastermix vorzubereiten und in Mikrotiterplatten abzufüllen. Anschließend fügten wir mit dem MINI 96 die extrahierte RNA hinzu. Fünf Replikate wurden in insgesamt 125 Tests fünf Tage lang geprüft. Wir haben die PCR-Ergebnisse mit denjenigen verglichen, die beim manuellen Aufbereiten des Mastermix und Ausführen der Testläufe mit elektronischer Handpipette erzielt wurden.“

Das Ergebnis der Untersuchung war eindeutig: Das D-ONE-Modul auf dem ASSIST PLUS-Pipettierroboter zusammen mit dem MINI 96 ermöglichte es uns, nicht nur das Aufbereiten des Influenza-/SARS-CoV-2-Mastermix sicher und zuverlässig zu automatisieren, sondern auch die PCR-Testläufe und die Zugabe von 96 Proben zu einer PCR-Reaktionsplatte in nur einem Schritt durchzuführen. Das automatisierte Verfahren wies eine hundertprozentige Genauigkeit auf mit Ct-Werten, die durchschnittlich um 0,43 Zyklen höher waren als bei manuellen Verfahren. Außerdem ergab sich ein Variationskoeffizient von 0,39 Prozent, verglichen mit 0,52 Prozent beim manuellen Aufbereiten von Mikrotiterplatten. Zusätzlich hatten die Labormitarbeitenden durch das halbautomatische System die Möglichkeit, andere Aufgaben auszuführen, d.h. manuelle Arbeiten konnten um 27 Prozent reduziert und Pipettierfehler ebenfalls verringert werden. Jessica sagt dazu: „Wir waren von der höheren Präzision dieser Plattform im Vergleich zu den vorherigen manuellen PCR-Testläufen sehr beeindruckt und sind nun besonders gespannt darauf, sie zum Automatisieren sämtlicher Arbeitsabläufe für die Genomsequenzierung einzusetzen."

Ein effizientes SARS-CoV-2-Testverfahren

Der ASSIST PLUS-Pipettierroboter kann mit der benutzerfreundlichen VIALAB-Software leicht programmiert werden und lässt sich von einem Laptop aus steuern. Somit kann die Menge der aufzubereitenden Mastermix-Reaktionen leicht an den Arbeitsanfall angepasst und die Erstellung von Berichten nach den Testläufen zur Qualitätssicherung gewährleistet werden. Pedro fügt hinzu: „Ich habe sehr gute Erfahrungen mit ASSIST PLUS, D-ONE und MINI 96 gemacht. Im Rahmen unserer SARS-CoV-2-Testverfahren erfüllen sie in unserem Labor jeweils ganz spezifische Aufgaben und die Tests lassen sich somit effizient durchführen.“

Das Automatisieren mit ASSIST PLUS und MINI 96 hat zudem das psychische Wohlbefinden der Mitarbeitenden gesteigert und auch dazu beigetragen, körperliche Anstrengungen durch langes Stehen und das Ausführen von Routineaufgaben auf ein Mindestmaß zu verringern. Somit sind unsere Mitarbeitenden potenziellen Krankheitserregern gegenüber weniger ausgesetzt, das Kontaminationsrisiko ist eingeschränkt und der Schutz des Laborpersonals gesteigert, was für die NHPHL eine wesentliche Priorität darstellt. „SARS-CoV-2 führte bei uns zu einem erhöhten Arbeitsanfall, was für unsere Mitarbeitenden eine große physische und psychische Belastung darstellte. Zum Glück konnten wir dank INTEGRAs Technologien viele unserer Prozesse automatisieren, was auch der allgemeinen Gesundheit unserer Mitarbeitenden zugutegekommen ist“, fasst Pedro zusammen.