Turbo für die Protein- und RNA-Reinigung: Einzigartiges Kartuschendesign ermöglicht beschleunigte Dialyse von bis zu 96 Proben gleichzeitig

Sowohl die Xpress Dialysis Box als auch die Xpress Dialyzer sind kompatibel zum SBS-Standard ausgelegt und daher für die Automatisierung, insbesondere bei großen, regelmäßig anfallenden Probenzahlen, geeignet. (Quelle: Andreas Balg) / Both the Xpress Dialysis Box and the Xpress Dialyzers are designed to be compatible with the SBS standard, making them suitable for automation, especially for large, regularly recurring sample numbers. (Source: Andreas Balg)

Die Möglichkeit des parallelen Pipettierens von 8 Proben verleiht den Dialysekartuschen eine hohe Effizienz. (Quelle: Christian Häcker) / The ability to pipette 8 samples in parallel makes the dialysis cartridges highly efficient. (Source: Christian Häcker)

Selbst sehr kleine Probenmengen können unkompliziert dialysiert werden. Verschiedene Kartuschenmodelle ermöglichen die verlustarme Dialyse von Probenvolumina zwischen 10 µl und 1000 µl. (Quelle: Andreas Balg) / Even very small sample volumes can be dialyzed easily. Various cartridge models enable low-loss dialysis of sample volumes ranging from 10 µl to 1000 µl. (Source: Andreas Balg)

Durch die hohe Probenanzahl in einem großen Pufferreservoir und die Möglichkeit des unkomplizierten Pufferwechsels gewährleistet die Xpress Dialysis Box eine hohe Dialyseeffizienz bei minimalem Aufwand. (Quelle: Andreas Balg) / Due to the high number of samples in a large buffer reservoir and the possibility of easy buffer exchange, the Xpress Dialysis Box ensures high dialysis efficiency with minimal effort. (Source: Andreas Balg)

Die Xpress Dialyzer verfügen über speziell gestaltete Probenöffnungen. Durch das passgenaue Aufsetzen der Pipettenspitzen wird verlustarmes Befüllen und Entnehmen der Proben gewährleistet und eine Rückgewinnung (Recovery) von bis zu 99% erreicht. (Quelle: Christian Häcker) / The Xpress Dialyzers feature specially designed sample openings. The precise fit of the pipette tips ensures low-loss filling and extraction of samples, achieving a recovery rate of up to 99%. (Source: Christian Häcker)

Die Xpress Dialyzer verfügen über speziell gestaltete Probenöffnungen. Durch das passgenaue Aufsetzen der Pipettenspitzen wird verlustarmes Befüllen und Entnehmen der Proben gewährleistet und eine Rückgewinnung (Recovery) von bis zu 99% erreicht. (Quelle: Christian Häcker) / The Xpress Dialyzers feature specially designed sample openings. The precise fit of the pipette tips ensures low-loss filling and extraction of samples, achieving a recovery rate of up to 99%. (Source: Christian Häcker)

Life Science, Biomedizin und Pharmazie: Die Proteinreinigung nach Zellaufschlüssen oder andere Stofftrennungen für weiterführende in-vitro Untersuchungen zählen zu den Standardaufgaben im Laboralltag. Als unverzichtbar hat sich dafür die Dialyse mithilfe eines Dialyseschlauchs etabliert. Mit diesem Verfahren können niedermolekulare Stoffe wie beispielsweise Salze oder Nukleinsäuren von hochmolekularen Probenbestandteilen wie Proteinen schonend abgetrennt werden. Für die automatisierte Probenverarbeitung ist die Durchführung der Dialyse mittels Dialyseschlauch jedoch ungeeignet. Auch bei kleinen Probenvolumina oder hohen Probenanzahlen, wo Personalaufwand und Prozessdauer entscheidende Kostenfaktoren sind, erweist sich die Durchführung der Dialyse mittels Dialyseschlauch als wenig effizient und verhältnismäßig langwierig. Abhilfe schafft nun die Xpress Dialysis Box (XDB™) von scienova™. Einzelproben oder bis zu 96 Proben können in den enthaltenen Xpress DialyzernTM im Kartuschenformat parallel verarbeitet werden, so dass sich der Arbeitsaufwand deutlich verkürzt. Die Dialysekartuschen mit ihrem einzigartigen, patentierten Design garantieren die zuverlässige, verlustarme Probenentnahme selbst kleinster Probenmengen von wenigen Mikrolitern. Das große Pufferreservoir der XDB und das optimierte Volumen-Oberfläche-Verhältnis der Xpress Dialyzer mit kurzen Diffusionsstrecken sorgen dafür, dass sich die Dialysedauer erheblich verkürzt. Die Xpress Dialysis Box bietet eine effiziente und zeitsparende Lösung für die Proteinreinigung im Labor, liefert zuverlässige Ergebnisse und reduziert Kosten sowie Aufwand.

Um Proteine ohne Qualitätsverluste zu reinigen, wird standardmäßig das Trennverfahren der Dialyse zur Entfernung von überschüssigen Salzen oder Puffer als vorbereitender Schritt zur anschließenden Weiterverarbeitung der Proteine durchgeführt. „Auch wenn die Dialyse als Verfahren vergleichsweise alt ist, bildet sie nach wie vor eine der schonendsten Methoden zur Erhaltung der Proteinaktivität von Proben“, sagt Dr. Stefan Kreusch, Geschäftsführer der scienova GmbH. Dieses schonende Verfahren ist allerdings zeitaufwändig und in seiner bisherigen Form unflexibel und aufwendig. Das klassische Dialyseverfahren im Dialyseschlauch zeigt sich insbesondere bei kleinen Probenvolumina von 10 bis 1000 μl sowie großen Probenzahlen als umständlich in der Handhabung und unwirtschaftlich.

Um die Labordialyse effizienter zu gestalten und die Handhabung von kleinen und variablen Probenvolumina zu verbessern, hat sich die scienova GmbH aus Jena auf die Optimierung der Dialyse spezialisiert. Das Unternehmen bietet für kleine Probenvolumina die Xpress Dialyzer im Kartuschenformat an. Diese Dialysekartuschen ermöglichen eine schnelle und verlustfreie Probenbearbeitung und sind im Mikrotiterplattenraster (SBS-Standard) angeordnet. Daher sind sie, anders als das herkömmliche Verfahren im Dialyseschlauch, auch zur automatisierten Bearbeitung von Proben geeignet. Die neueste Entwicklung von scienova, die Xpress Dialysis Box, kombiniert die effizienten Einzelkartuschen mit einem großen Pufferreservoir von 750 ml. Im Gegensatz zur herkömmlichen Dialyse in Schläuchen, die mehrere Stunden dauern kann, ermöglicht die Verwendung der XDB eine erhebliche Reduzierung der Dialysezeit und des Arbeitsaufwands. Der Infokasten mit einem Beispiel verdeutlicht die Vorteile dieser Innovation.

Patentiertes Design verhindert Probenverluste und Membrane Fouling

Die scienova Xpress Dialyzer sind Einweg-Kartuschen mit einer hochwertigen Membran eines definierten Cut-Offs. Der Cut-Off oder auch Molecular Weight Cut-Off (MWCO) gibt an, welche Molekulargröße oder Molekulargewichtsgrenze eine Membran durchlässt bzw. zurückhält. Größere Moleküle ab einem bestimmten Molekulargewicht können die Membran nicht mehr passieren, während kleinere Moleküle durch die Membran diffundieren können und somit von den größeren Molekülen getrennt werden. Die benötigte Cut-Off-Größe einer Membran kann je nach Anwendung variieren, weshalb scienova verschiedene Cut-Offs zwischen 2 kDa und 140 kDa zur Auswahl anbietet.

Durch die patentierte Geometrie der Kartuschen wird eine hohe Membranoberfläche im Verhältnis zum Volumen erreicht, was die Effizienz der Dialyse steigert. Aufgrund der größeren Oberfläche wird die schnellere Diffusion kleiner Moleküle durch die Membran ermöglicht. Zudem wird das Verstopfungsrisiko (membrane fouling) durch die vertikal ausgerichtete Membran minimiert, da sich Probenbestandteile nicht absetzen können, was Probenverluste oder die Hemmung der Dialysegeschwindigkeit zur Folge hätte. Für Probenvolumina ab 10 µl bis 1000 µl stehen verschiedene Kartuschengrößen zur Verfügung. Zur Xpress Dialyzer Family gehören unter anderem die Modelle MD100, MD300, ED300 und MD1000, welche nach dem Fassungsvermögen der Dialyzer benannt sind.

Die Xpress Dialyzer befinden sich in einem passenden Einsatz, so dass ein gesamter Probensatz von bis zu 96 Proben mit einem einzigen Schritt auf das Pufferreservoir der XDB aufgesetzt werden kann. Nach Abschluss der Dialyse lässt sich der Einsatz einfach entnehmen und der Puffer zügig erneuern. Der Pufferwechsel kann sowohl manuell als auch mittels Schlauchpumpe vorgenommen werden, da die Xpress Dialysis Box mit praktischen Luer-Lock-Anschlüssen ausgestattet ist. Die Dialysekartuschen sind mit gängigem Laborequipment kompatibel und können mit Standardpipetten oder Pipettierautomaten bedient werden. Mit einer Multikanalpipette können alle acht Proben einer Reihe gleichzeitig bestückt oder entnommen werden. Die speziell gestalteten Öffnungen der Xpress Dialyzer ermöglichen das präzise und verlustarme Pipettieren mit üblichen Pipettenspitzen selbst kleinster Probenmengen.

Optimiertes Handling ermöglicht breites Einsatzspektrum

Die scienova Xpress Dialyzer sind so konzipiert, dass sie unabhängig von den verwendeten Pipettier- und Laborautomationssystemen genutzt werden können, da sie mit dem Mikrotiterplatten-Standard (SBS) kompatibel sind. Dank dieser Vielseitigkeit eignen sie sich für Anwendungen wie High-Throughput-Screening (HTS) oder Scouting-Experimente, für Routineanalysen in medizinischen Labors oder die Aufreinigung von RNA-Oligonukleotiden. In der Impfstoffentwicklung können sie beispielsweise für die Herstellung von Antigenvarianten verwendet werden. „Weil viele Proteine sehr empfindlich auf Umweltfaktoren reagieren und in ihrer Herstellung komplex sind, wollten wir dem Laborpersonal ein attraktives Werkzeug zur Verfügung stellen, das einfaches, sicheres, schonendes und effektives Arbeiten ermöglicht“, erklärt Dr. Kreusch. Neben der Geschwindigkeit steht auch die Reproduzierbarkeit ohne Qualitätsverluste im Fokus der Weiterentwicklung. Zukünftig können auch Sensoren über entsprechende Anschlüsse angeschlossen werden, um beispielsweise Temperatur und Leitfähigkeit im Pufferreservoir zu messen. Auf diese Weise kann der Dialyseprozess in Echtzeit verfolgt werden, was eine einfache Auswertung der Dialyseergebnisse ermöglicht, und eine umfassende Datenspeicherung, Auswertung, Protokollierung und detaillierte Dokumentation gewährleistet. 

„Mit dieser modernen und umfassenden Dialysetechnologie schonen Labore nicht nur ihre Ressourcen, sondern gewinnen eine vollkommen neue Qualität von Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu herkömmlichen Trennverfahren. Kleine Probenvolumina, hohe Probenanzahl und sichere Handhabung – da kann kein klassischer Dialyseschlauch mithalten“, resümiert Dr. Kreusch.

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XDBTM, Xpress DialyzerTM und scienovaTM sind Handelsmarken der scienova GmbH, Spitzweidenweg 30, Jena, Deutschland.

Darstellung der Dialyseeffizienz und Berechnung des zeitlichen Aufwands anhand einer Beispielprobe:

In der XDB wurden 9,6 ml einer Kaliumchlorid-Rinderserumalbumin-Lösung (KCl-BSA-Lösung) mit einer Konzentration von 2 M KCl und 2 mg/ml BSA gegen 750 ml destilliertes Wasser dialysiert. Die Dialyse erfolgte in 12 Kartuschen MD100 (Cut-Off 6-8 kDa) mit jeweils 8 × 100 µl KCl-BSA-Lösung pro Kartusche auf einem Magnetrührer unter zusätzlicher Verwendung eines Leitfähigkeitssensors im Pufferreservoir. Die blaue Linie zeigt die gemessene Leitfähigkeit (EC) des diffundierten KCl, während die gestrichelte rote Linie den berechneten, prozentualen Anteil des verbliebenen KCl in den Dialyzern darstellt. Die roten Punkte zeigen den Prozentsatz an BSA im Dialyzer, der über die optische Dichte bei 280 nm im Spektrometer gemessen wurde. Alle Daten basieren auf drei unabhängigen Versuchen und werden mit Mittelwerten und Standardabweichung dargestellt.

Gesamtdauer: Die Gesamtdauer des gesamten Prozesses beträgt ca. 51 Minuten.

1. Pipettieren der Proben: Verwendung einer 8-Kanal-Pipette zum Befüllen der Dialysekartuschen mit 96 Proben, Befüllen des Pufferreservoirs und Einsatz der Proben in die Dialysebox --> Dauer: ca. 2 Minuten.
2. Dialysezeit: Dialyse bis zum Gleichgewicht --> Dauer: ca. 45 Minuten.
3. Entnahme der Proben: Entnahme des Einsatzes mit den Kartuschen und Entnahme der Proben mittels 8-Kanal-Pipette --> Dauer: ca. 2 Minuten.

Ergebnis:

Die Ausgangskonzentration von 2 M KCl in den Proben wird auf knapp 25 mM gesenkt. Bei Wiederholung der Dialyse durch Wechsel der Pufferlösung, sinkt die KCl-Konzentration in den Proben auf 0,33 mM.