AQUIOS STEM: Workflow-Vergleich zwischen dem AQUIOS STEM-System und dem FC500 Stem-Kit

Autoren: Andreas Böhmler, Maja Diemel

Zugehörigkeit: Beckman Coulter Deutschland, Krefeld

Auf dieser Seite finden Sie Informationen über:

• die Unterschiede zwischen dem AQUIOS STEM-System und dem FC500 Stem-Kit
• die Vorteile des AQUIOS STEM-Systems
  
   

Zielsetzung

Gegenwärtig werden weltweit jedes Jahr über 90.000 Transplantationen hämatopoetischer Stamm- und Vorläuferzellen (HPC) zur Behandlung verschiedener maligner Bluterkrankungen sowie bei nicht-hämatologischen Indikationen durchgeführt.

Dazu nutzen klinische Labore im Handel erhältliche IVD-Lösungen für die Zählung CD34-positiver HPC, um die zeit- und ressourcenaufwendige Validierung selbst entwickelter Tests zu vermeiden. Die meisten Reagenzkits und Softwarepakete wurden als Reaktion auf die ISHAGE-Leitlinien aus den Jahren 1996 und 1998 entwickelt, die allerdings nicht weiter aktualisiert wurden, um den sich entwickelnden Anforderungen diagnostischer Labore gerecht zu werden. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Automatisierungsfähigkeit. In hämato-onkologischen Laboren treffen HPC-Proben häufig als Notfallproben (STAT-Proben) ein und müssen sofort bearbeitet werden, was eine Unterbrechung der routinemäßigen Arbeitsabläufe bedeutet. Beim Auftreten von Problemen mit diesen Proben erhöht sich der Aufwand und somit das Potenzial für menschliche Fehler. Wünschenswert wäre es, HPC-Proben in diesen Laboren in den normalen Arbeitsablauf zu integrieren. Dies sollte im Idealfall so geschehen, dass das Fehlerrisiko bei der Probennahme minimal ist, denn die Analyse von CD34-positiven HPC ist zeitkritisch.

Die vorliegende Fallstudie beschreibt den Workflow des neu entwickelten AQUIOS STEM-Systems für die automatisierte Zählung CD34-positiver Zellen im Vergleich zur Vergleichsmethode, dem Stem-Kit für das FC500-Durchflusszytometer (beide Beckman Coulter, Inc.). Gegenstand des Vergleichs sind die Durchlaufzeit, der manuelle Zeitaufwand und die Anzahl der Schritte, die potenziell anfällig für Fehler sind, die die Proben oder die Ergebnisse beeinträchtigen könnten.

Überblick über herkömmliche Arbeitsabläufe in der Durchflusszytometrie

Viele herkömmliche durchflusszytometrische Lösungen für die Zählung CD34-positiver Zellen, wie z. B. das Beckman Coulter Stem-Kit für das FC500, erfordern mehrere manuelle Arbeitsschritte, darunter die Probenvorbereitung, die Erstellung von Arbeitslisten, die Überprüfung der Daten und die Tabellierung der numerischen Daten. Dieser Arbeitsablauf kann dazu führen, dass sich die Laufzeiten und der manuelle Zeitaufwand verlängern und erfordert Bediener mit mehr Erfahrung.

Um mit der Vergleichsmethode (Stem-Kit auf dem FC500) eine Zählung CD34-positiver Zellen durchzuführen, muss der Bediener manuell die Justierung des Geräts überprüfen und Kontrollen zur Überprüfung und Einstellung des Fluorochromüberlaufs (Ausgleich) vorbereiten. Außerdem müssen Prozesskontrollen vorbereitet und analysiert werden sowie die eigentlichen Patienten-/Spenderproben. Die so gewonnenen Daten müssen überprüft und manuell in das Laborinformationssystem (LIS) übertragen werden. Auch die Logbücher für Reagenzien und Qualitätskontrollen (QK) werden gewöhnlich manuell geführt. Abbildung 1 veranschaulicht einen Arbeitsablauf, der für die manuelle Durchflusszytometrie repräsentativ ist.

Abbildung 1. Beispiel eines für die manuelle Durchflusszytometrie repräsentativen Arbeitsablaufs

Überblick über den Arbeitsablauf mit dem AQUIOS CL-Durchflusszytometer

Beim AQUIOS CL handelt es sich um ein automatisiertes System zur Durchführung der meisten Vorbereitungsschritte, die zum Erlangen eines Testergebnisses erforderlich sind. Die manuelle Durchführung dieser Schritte entfällt somit.

Beim AQUIOS STEM-System zur Zählung CD34-positiver Zellen auf dem AQUIOS muss der Bediener die Reagenzien einmal in das System laden, das Gerät hochfahren und mit Flow-Check-Fluorosphären und QK-Proben eine Überprüfung durchführen. Dann können den verbleibenden Arbeitstag lang Patientenproben geladen und analysiert werden (Abbildung 2).

Abbildung 2. Beispiel für einen repräsentativen Arbeitsablauf mit dem AQUIOS CL-Durchflusszytometer

Vergleichsprotokoll

Im Rahmen dieser Fallstudie soll das Design des AQUIOS CL-Durchflusszytometers für die Zählung CD34-positiver Zellen evaluiert und der sich daraus ergebene Arbeitsablauf durch einen Vergleich mit dem Beckman Coulter Stem-Kit auf dem FC500 (Vergleichsmethode) modelliert werden. Dabei werden die folgenden Parameter des Arbeitsablaufs untersucht:

• Durchlaufzeit: Bei alternativen Systemen beginnt die Zeitspanne mit dem ersten Schritt der Probenvorbereitung und endet, wenn die fertigen Testergebnisse vorliegen. Beim AQUIOS CL-System beginnt die Zeitspanne mit dem Einsetzen der Probe in den Autolader und endet mit der Anzeige des fertigen Testergebnisses für die letzte Probe. Bei beiden Systemen beinhaltet die Zeitspanne nicht die QK.
• Manueller Zeitaufwand für den Bediener: Die Zeit, die der Bediener benötigt, um die in der Gebrauchsanweisung des Herstellers beschriebenen Schritte des Testverfahrens durchzuführen.

Hinweis: Die Zeitpunkte wurden durch Videoaufzeichnungen der Probenvorbereitung und Analyse erfasst und mit einer selbst entwickelten Software zur Workflow-Analyse modelliert.

Durchlaufzeit und manueller Zeitaufwand für den Benutzer bei der Probenverarbeitung

Dieser Testfall bestand aus zwei Szenarien: Verarbeitet wurde entweder 1 Probe oder ein Batch aus 10 Proben von mobilisiertem peripherem Blut, die jeweils mit Duplikat und einer Negativkontrolle verarbeitet wurden. Das AQUIOS STEM-System wurde direkt mit der Vergleichsmethode, dem Stem-Kit auf dem FC500, verglichen. Die dargestellten Daten stammen von Tests, die mit Doppelbestimmung plus Negativkontrolle durchgeführt wurden.

Für das Szenario mit einer Probe wurde für die Zeit bis zum Ergebnis von der Probenvorbereitung bis zur Ergebnisgenerierung kein wesentlicher Unterschied festgestellt (56:19 Minuten bei der Vergleichsmethode im Vergleich zu 53:54 Minuten mit AQUIOS, siehe Abbildung 3a, links). Der Grund hierfür war, dass die Prozessschritte hauptsächlich durch die Inkubationszeiten mit den Antikörpern und dem Erythrozytenlysereagenz bestimmt wurden.

Der manuelle Zeitaufwand für den Bediener konnte jedoch um 95 % reduziert werden, nämlich von 6:23 Minuten bei der Vergleichsmethode auf 0:20 Minuten mit AQUIOS (Abbildung 3a, rechts).

Stärker ausgeprägt sind diese Unterschiede bei einem Batch aus 10 Proben. Dies entspricht dem durchschnittlichen Arbeitsaufkommen pro Tag in einem mittelgroßen Stammzelltansplantations-zentrum. Die Zeit bis zum Ergebnis, gemessen von der Probenvorbereitung bis zur Ergebnis-generierung, verringerte sich von 2:30:04 Stunden bei der Vergleichsmethode auf 1:56:54 Stunden mit AQUIOS (Abbildung 3b, links). Der manuelle Arbeitsaufwand für den Bediener konnte dabei von 55:44 Minuten bei der Vergleichsmethode auf 3:20 Minuten mit dem AQUIOS STEM-System reduziert werden (Abbildung 3b, rechts).

Da auch bei einem manuellen Verfahren bestimmte Schritte parallel durchgeführt werden können (Pipettieren der nächsten Probe während der Inkubationszeit der ersten Probe usw.), ist die Gesamtzeit für ein Verfahren mit 10 Proben kürzer als die Summe von 10 Verfahren mit jeweils nur einer Probe.

Abbildung 3. Durchlaufzeit für die Probenverarbeitung und manueller Zeitaufwand des Bedieners für eine CD34-positive Probe (a) oder einen Batch aus 10 CD34-positiven Proben (b) auf dem FC500 mit Stem-Kit (alternative Methode, graue Balken) und AQUIOS STEM-System (AQUIOS, rote Balken).

Geht man von 10 Proben pro Arbeitstag über den Zeitraum eines Jahres aus, ermöglicht das AQUIOS STEM-System eine Zeitersparnis von mehreren Hundert Stunden wertvoller Bedienerzeit. Darüber hinaus bietet die kürzere Zeit bis zum Ergebnis bei einem durchschnittlichen Arbeitsaufkommen von 10 Proben pro Tag einen wichtigen Vorteil bei zeitkritischen Tests wie der Zählung CD34-positiver Zellen.

Verarbeitungszeit und manueller Zeitaufwand für den Bediener bei Verfahren zur Qualitätskontrolle (QK)

In einem regulierten Umfeld muss die Systemleistung sowohl in Bezug auf die Geräteeinstellungen als auch die durchzuführenden Tests mit geeigneten Qualitäts- und Prozesskontrollen kontrolliert werden. Die optische Justierung und das Fluidiksystem des Durchflusszytometers werden sowohl im Fall des Stem-Kits auf dem FC500 als auch des AQUIOS täglich mit Flow-Check-Fluorosphären, einer getesteten Suspension von Fluorosphären (fluoreszierenden Mikrokügelchen), überprüft. Als Prozesskontrollen zur Überprüfung der analytischen Zielparameter werden bei der Vergleichsmethode lyophilisierte CD34-positive Zellen verwendet, die einer normalen Blutprobe zugesetzt werden (Stem-Trol Cells). Beim AQUIOS STEM-System kommen hingegen Flüssigpräparate stabilisierter humaner Leukozyten (Lymphozyten, Monozyten und Granulozyten) und Erythrozyten zum Einsatz, die in Bezug auf Lyse, Lichtstreuung, Antigenexpression und Antikörperfärbung Eigenschaften aufweisen, die denen humaner Vollblutproben entsprechen (AQUIOS STEM CD34-Kontrollzellen).

Die bei der Zählung CD34-positiver Zellen erforderliche Gesamtzeit für QK-Verfahren kann von 2:02:22 Stunden mit der Vergleichsmethode auf 1:09:44 Stunden mit dem AQUIOS-System reduziert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die QK abgeschlossen sein muss, bevor die Patienten-/Spenderproben analysiert werden können, was zu einer Zeitersparnis von 52:38 Minuten pro Tag führt (Abbildung 4a, links). Bei einer Woche mit 5 Arbeitstagen bedeutet dies eine kumulative Zeitersparnis von insgesamt 4,5 Stunden nur bei den QK-Verfahren (Abbildung 4b, links).

In Bezug auf die QK-Verfahren verringert sich der manuelle Zeitaufwand für den Bediener pro Tag von 12:22 Minuten (Vergleichsmethode) auf 1:51 Minuten (AQUIOS) (Abbildung 4a, rechts), was einer kumulativen Zeitersparnis von 52 Minuten pro Woche entspricht (Abbildung 4b, rechts).

Abbildung 4. Verarbeitungszeit und manueller Zeitaufwand für den Bediener bei Verfahren der Qualitätskontrolle (QK) auf dem FC500 mit Stem-Kit (alternative Methode, graue Balken) und auf dem AQUIOS STEM-System (AQUIOS, rote Balken) pro Arbeitstag (a) und pro 5-Tage-Arbeitswoche (b).

Zusammenfassung

Das AQUIOS STEM-System benötigte in allen Testszenarien einen deutlich niedrigeren manuellen Zeitaufwand als die Vergleichsmethode. Bei einer typischen 5-Tage-Arbeitswoche mit 10 Proben pro Tag verringert das AQUIOS STEM-System den manuellen Arbeitsaufwand um ca. 6 Stunden, sodass das Labor seine Ressourcen effizienter nutzen kann. Darüber hinaus verkürzt das AQUIOS STEM-System die Gesamtdurchlaufzeit von der Probenvorbereitung bis zum Patientenergebnis, was bei einem zeitkritischen Test wie der Zählung CD34-positiver Zellen von entscheidender Bedeutung ist.

Beim AQUIOS STEM-System handelt es sich um eine automatisierte Lösung zur quantitativen Bestimmung, bei der die Zählung CD34-positiver hämatopoetischer Stamm- und Vorläuferzellen in einem Probenaufbereitungsverfahren ohne Waschschritt durchgeführt wird. Da dieses System als automatisierter Analyzer konzipiert ist, bei dem die Verarbeitung vom Einsetzen der Proben bis zur Berichterstellung ohne manuelle Arbeitsschritte auskommt, wird es als Load & Go-Durchflusszytometer bezeichnet. Die Automatisierungsfunktionen stellen ein Unterscheidungsmerkmal des AQUIOS STEM-Systems gegenüber alternativen Methoden dar (einschließlich der Vergleichsmethode, d. h. FC500 mit Stem-Kit), bei denen viele Schritte manuell durchgeführt werden müssen. Die All-in-One-Philosophie des AQUIOS STEM-Systems ist darauf ausgelegt, Zeit zu sparen und die Effizienz des Arbeitsablaufes zu steigern, um den Anforderungen eines modernen Labors gerecht zu werden.