Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durchblick im Datenwust

01.07.2014

Viele Biolabore kämpfen mit einer Fülle an Messdaten. Eine neuartige Software vereinfacht die Auswertung der Laborexperimente und vereinheitlicht die Speicherung der Daten. Auch Messfehler lassen sich sofort erkennen.

Bei Laboruntersuchungen fallen zahlreiche Messergebnisse an. Diese umfangreichen Daten vollständig und systematisch zu archivieren, ist äußerst aufwändig. Ein Viertel ihrer Zeit verwenden beispielsweise Forscher in den Lebenswissenschaften für das Verwalten von Daten.


Viele Proben müssen zugeordnet werden. Typisches Design eines Multiplex-Immunoassays für die Zellvermessung. (© Fraunhofer FIT)

Das belegt eine Online-Umfrage des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik FIT in Sankt Augustin unter 70 Personen in biologischen Laboren. Viele der Befragten berichten, dass es bei ihnen keine zentrale und strukturierte Datenerfassung gebe. Der größte Datenkiller ist, wenn ein Doktorand oder Assistent mit jahrelanger Erfahrung das Institut verlässt. Wollen die Nachfolger ältere Messergebnisse nachvollziehen, beginnt nicht selten die Suche in kryptischen Excel-Tabellen und Papierlisten.

Das FIT hat daraus Konsequenzen gezogen: Der »MPlexAnalyzer«, eine Software mit Schritt-für-Schritt-Bedienung, erleichtert das  Datenmanagement erheblich. Zunächst konzentrierten sich die Experten auf Geräte zur Zellvermessung, die eine simultane Bestimmung einer Vielzahl von Proteinen in einem Versuchsansatz ermöglichen. Solche Ansätze, auch zytometrische Multiplex-Assays genannt, gehören zu den Standard-
methoden in jedem Biolabor.

Da solche Assays sehr komplex sind und große Datenmengen erzeugen, läuft die Datenerfassung ohne Software-Unterstützung für das Personal leicht aus dem Ruder. Die FIT-Software leitet den Nutzer mit einem Assistenten, dem Wizard, durch den Messprozess. Von der Auswahl der Messplatten über die Wahl der Proben und die Belegung der Platten mit Normproben bis zum Ausdruck eines übersichtlichen Berichts als PDF-Datei sind die Abläufe transparent und für Neulinge schnell zu verstehen.

Kügelchen werden mit Antikörpern beschichtet

Ein zytometrisches Multiplex-Assay arbeitet mit Polystyrolkügelchen, die nur sechs Mikrometer messen. Sie sind mit einer Farbstoffmixtur beladen, die zwei Laserstrahlen zum Leuchten anregen. Das Leuchtmuster ist wie ein Fingerabdruck: Bis zu hundert verschiedene Sorten von Kügelchen lassen sich so unterscheiden. Bei der Messung fließen die Kügelchen (beads) wie auf einer Perlenkette aufgereiht durch eine dünne Glaskanüle. Kameras messen die Farbmuster und zählen sortenrein.

Interessant wird das für die Biologen, weil die Kügelchen noch eine zweite Fracht tragen: An ihren Oberflächen befindet sich ein farblich markierter Antikörper, den einer der beiden Laser anregt. Dieser Farbstoff emittiert Licht einer anderen Wellenlänge – allerdings nur wenn an den Antikörper bestimmte Substanzen angedockt haben – das können zum Beispiel Blutbestandteile, Ausscheidungen von Zellen oder Signalproteine von Krebszellen sein. Ein Multiplex-Assay untersucht bis zu 100 dieser Substanzen gleichzeitig.

Am Ende ergibt sich ein großer Datensatz. Darin steht die Zahl der registrierten Kügelchen zusammen mit der zu bestimmenden Substanz. Die Messung ist hochautomatisiert. Im Minutentakt werden bis zu 96 unterschiedliche Proben getestet, die sich in kleinen Töpfchen in einer Glasplatte befinden. Dabei ist ein Teil von ihnen mit Proben belegt, ein anderer Teil mit Vergleichssubstanzen, die zur Eichung der Messwerte die-
nen. Die Dokumentation darüber, welche Probe sich wo befindet und welche Messergebnisse jeweils anfallen, erforderte bisher aufwändige Handarbeit.

»Unser Software-Wizard vereinfacht das: Mit wenigen Mausklicks lassen sich am Bildschirm Töpfchen markieren, die Vergleichsproben enthalten oder solche, die leer sind. Leuchtet das entsprechende Feld rot, stimmen Vorgabe und Messung nicht überein – der Laborant sieht sofort, wenn er einen Fehler gemacht hat oder wenn die Qualität der Messung nicht ausreicht, um eine statistisch verlässliche Aussage zu treffen«, erläutert Dr. Andreas Pippow, wissenschaftlicher Mitarbeiter am FIT.

Für das FIT ist die Software der Einstieg in das Datenmanagement biologischer Labors. Die Idee soll nun auf andere Anwendungen übertragen werden, etwa auf Mikroskope. Im biologischen Labor in Sankt Augustin baut die Abteilung »Life Science Informatik« des Fraunhofer FIT Spezialmikroskope für große Proben, die unter dem Objektiv automatisch hin- und hergefahren und abgescannt werden.

Geplant ist eine Datenbank für alle Messungen, die in Laboren anfallen. Das können Daten von Multiplex-Assays, Mikroskopen oder weiteren Messgeräten sein. Der Charme des gemeinsamen Datenmangements liegt in der Verknüpfung. Wenn zum Beispiel Körperzellen in Folge einer Krankheit bestimmte Botenstoffe aussenden, hat das oft auch Folgen für die Struktur des Gewebes. Das lässt sich nur erkennen, wenn man die Bestimmung der Signalstoffe aus dem Multiplex-Assay und die Mikroskopbilder in der Software abgleicht.

Dr. Andreas Pippow | Fraunhofer-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Komfortable Software für die Genomanalyse
16.08.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

nachricht Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung
16.08.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Event News

Call for Papers – ICNFT 2018, 5th International Conference on New Forming Technology

16.08.2017 | Event News

Sustainability is the business model of tomorrow

04.08.2017 | Event News

Clash of Realities 2017: Registration now open. International Conference at TH Köln

26.07.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie