Thermisches Zyklieren für ein molekulares Point-of-Care-Diagnosegerät

Sie helfen dabei, schnelle und genaue Point-of-Care-Diagnosen zu stellen.

Molekulardiagnostische Lösungen (MDx) helfen Ärzten, Infektionskrankheiten schneller und präziser zu behandeln und damit die Gesundheitsversorgung zu verbessern und Leben zu retten. Als ein großer Molekulardiagnostik-OEM einen Thermocycler als Teil eines neuen Point-of-Care-MDx-Geräts entwickeln musste, wandte er sich an Plexus , um eine maßgeschneiderte Lösung zu entwickeln. Sehen Sie, wie Plexus die erfolgreiche kommerzielle Einführung von MDx-Lösungen unterstützt hat, um bessere Ergebnisse im Gesundheitswesen zu erzielen.

Unterstützung von lebensrettenden klinischen Antworten ohne Wartezeit. 

Im Gesundheitswesen zählt jede Sekunde. Patienten und ihre Familien verlassen sich darauf, dass Ärzte jede Stunde am Tag wichtige, lebensrettende Diagnosen und Entscheidungen treffen. Da ist kein Platz für Fehler. Und es gibt keine Zeit zum Warten.

Lösungen für die Molekulardiagnostik (MDx) sind wichtige Technologien, die Gesundheitsdienstleistern bei der Erstellung von Diagnosen und Entscheidungen helfen. Diese Lösungen kombinieren Labortests mit der Präzision der Molekularbiologie, um die Genauigkeit und Geschwindigkeit des Nachweises mikrobieller Krankheitserreger und der Analyse der Gene eines Patienten zu verbessern. MDx-Technologien leisten in kürzester Zeit Detektivarbeit auf DNA-Ebene, indem sie einen DNA-Strang abtrennen und ihn in kürzester Zeit millionen- oder sogar milliardenfach kopieren, damit Wissenschaftler ihn im Detail untersuchen können. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern den Ärzten die wesentlichen Informationen, die sie für fundierte Diagnose- und Therapieentscheidungen benötigen.

MDx-Technologien werden schnell zu einem wesentlichen Aspekt lebensrettender Interventionen und Therapien auf der ganzen Welt. Diese revolutionären Lösungen liefern Ärzten und Patienten die Antworten, die sie brauchen, wenn sie sie am meisten brauchen.

Die Demokratisierung der PCR treibt die Gesundheitsbranche voran.

Ein Thermocycler ist ein Gerät, das traditionell in Labors verwendet wird, um DNA-Segmente in einer Reihe von zyklischen Temperaturänderungen zu amplifizieren, die die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) steuern. Dieses Verfahren ist grundlegend für Gentests und die Identifizierung von Infektionserregern wie SARS-CoV-2, dem Virus, das COVID-19 verursacht.

DNA-Tests, die PCR enthalten, dominieren die MDx-Branche und stellen einen Markt von etwa 10 Milliarden Dollar dar, für den ein jährliches Wachstum von 9 % prognostiziert wird. MDx-Lösungen für den Point-of-Care-Bereich sind das am schnellsten wachsende Segment dieses Marktes, da sie Ärzten die Möglichkeit bieten, Ergebnisse außerhalb von Laboratorien, z. B. in Arztpraxen und bei der häuslichen Pflege, zu erhalten, ohne auf die Ergebnisse von zentralen Labors warten zu müssen. Ein PCR-basiertes Point-of-Care-MDx-Gerät erfordert zwar viele Subsysteme, doch der Thermocycler ist von entscheidender Bedeutung, um zuverlässige Ergebnisse zu liefern.

Während die PCR in Labors üblich ist, erfordern MDx-Lösungen für den Point-of-Care-Bereich komplexe integrierte Arbeitsabläufe, um den Bedarf an menschlicher Handhabung zu verringern, die eine potenzielle Kontaminations- und Fehlerquelle darstellen kann. Diese integrierten Workflowsysteme umfassen in der Regel benutzerdefinierte und proprietäre Verbrauchsmaterialien, häufig Kartuschen genannt, die den Assay beherbergen und nicht standardisierte Thermocycler zur Durchführung der PCR erfordern.

Ein anspruchsvolles Thermocycler-Design.

Alle Einrichtungen in den Vereinigten Staaten, die Labortests an menschlichen Proben zur Gesundheitsbewertung oder zur Diagnose, Vorbeugung oder Behandlung von Krankheiten durchführen, unterliegen den Bestimmungen der Clinical Laboratory Improvement Amendments of 1988 (CLIA). Der Kunde benötigte ein Gerät, das geeignet war, eine CLIA-Ausnahmegenehmigung zu erhalten; das Gerät musste äußerst zuverlässig und genau sein und die Gefahr von Anwenderfehlern in einer Point-of-Care-Umgebung ausschließen. Diese grundlegende Anforderung brachte viele Überlegungen und Herausforderungen bei der Entwicklung und Herstellung dieses PCR-basierten MDx-Geräts für den Point-of-Care-Bereich und des Thermocyclers mit sich, der für seine Funktion entscheidend ist.

Die Entwicklung kundenspezifischer Thermocycler kann eine Vielzahl technischer Herausforderungen mit sich bringen, wie z. B. die Entwicklung eines Steuersystems, das schnelle und wiederholbare Zyklen ermöglicht, die Entwicklung eines Mechanismus, der unterschiedliche Kartuschenpositionen toleriert, und die Entwicklung einer thermischen Schnittstelle, die eine effiziente und wiederholbare Wärmeübertragung gewährleistet.

Zusätzlich zu den normalen Herausforderungen bei der Entwicklung eines kundenspezifischen Thermocyclers gab es bei diesem Projekt einige einzigartige Komplikationen. Erstens mussten wir die PCR in einer kundenspezifischen Kartusche durchführen und nicht in den universellen Platten und Röhrchen, die normalerweise für die PCR verwendet werden. Solche kundenspezifischen Kartuschen bieten einen logischen Weg, um die Zuverlässigkeit und die Leistungsstandards von CLIA zu erreichen, aber sie stellen oft eine Herausforderung für das Systemdesign dar. Insbesondere haben die Kartuschen in der Regel unregelmäßige Polymeroberflächen, die für die thermische Schnittstelle mit einem thermoelektrischen Kühler (TEC), der am häufigsten verwendeten Komponente zum Heizen und Kühlen einer PCR-Kammer, nicht ideal sind. Darüber hinaus sind die Kartuschen in der Regel mit mehreren PCR-Kammern ausgestattet, damit mehrere Proben und Standards parallel analysiert werden können. Dies war hier der Fall, was bedeutete, dass wir schnelle, parallele thermische Zyklen in drei Probenkammern durchführen mussten, während die PCR-Kammern weiterhin für die Echtzeitüberwachung durch Mehrkanal-Fluoreszenzdetektion zugänglich bleiben mussten.

Eine kundenspezifische Thermocycler-Lösung.

Schnelle und präzise thermische Zyklen. Mehrere parallele Probenkammern in einer einzigen Kartusche. Eine nicht ganz so ideale thermische Schnittstelle. Das waren die Herausforderungen, die unser Team lösen musste. Und unsere Lösung musste eine erfolgreiche, reproduzierbare PCR ermöglichen, die die komplette MDx-Instrumentenlösung des Kunden am Point-of-Care unterstützt. Wir mussten sicherstellen, dass die Ergebnisse jedes Mal genau waren, und zwar immer.

Um diese Ziele zu erreichen, nutzte Plexus seine Erfahrung mit verschiedenen Thermomanagement- und Kontrollanwendungen. Wir analysierten den gesamten Thermocycler, einschließlich des Kartuschensystems, und identifizierten die kritischen Aspekte des Kontrollsystems, des Kartuschenmechanismus und der thermischen Schnittstelle. Wir testeten und bewerteten eine Vielzahl von Konstruktionsoptionen, um festzustellen, welche die Anforderungen an die thermischen Zyklen für die Anwendung des Kunden am besten erfüllen würde. Plexus entschied sich für das zuverlässigste und leistungsfähigste Design, um die erforderlichen Ergebnisse zu erzielen und gleichzeitig kritische Produktlebenszyklusvariablen wie Rohstoffkosten, Entwicklungszeit, Herstellbarkeit, Wartungsfreundlichkeit und Komponentenlebensdauer zu berücksichtigen.

Dieses vollständig kundenspezifische System unterstützt das Design der Verbrauchskartuschen des Kunden und nutzt gleichzeitig TECs von vertrauenswürdigen Lieferanten, um Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Unser Entwurf stellte sicher, dass das System genau, zuverlässig und schnell arbeiten kann:

Unser endgültiges Design glich die vielen Anforderungen und Kompromisse aus, um thermische Zyklen mit wiederholten Zyklen zwischen den typischen hohen und niedrigen Temperaturen, die in der PCR verwendet werden, zu ermöglichen. Die Plexus liefert einheitliche, wiederholbare Ergebnisse in allen Bereichen - zwischen Zyklen, PCR-Reaktionskammern und im Verhältnis zu den Sollwerten - sowie jedes Mal präzise thermische Zyklen.

Auf einem wettbewerbsorientierten Markt ist Schnelligkeit entscheidend.

In einem so wettbewerbsintensiven und schnelllebigen Markt wie der Molekulardiagnostik ist die Zeit vom Konzept bis zur Markteinführung eines neuen Produkts entscheidend für den Erfolg. Die Wahl des richtigen Entwicklungs- und Fertigungspartners kann den Unterschied zwischen verbesserten Patientenergebnissen und geschäftlichem Erfolg oder Budgetüberschreitung und verspäteter Markteinführung ausmachen.

Unser Kunde entschied sich für Plexus , um das gesamte Spektrum an Fachwissen über thermische Zyklen von der Entwicklung bis hin zur Fertigung anzubieten, da wir nachweislich eine breite Palette ähnlicher Systeme erfolgreich auf den Markt gebracht haben.

Dieser Thermocycler ist eines von vielen Subsystemen innerhalb der kompletten Instrumentenlösung, die unser Kunde dem Plexus anvertraut hat. Mit unserem Fokus auf die in der Biowissenschaftsbranche führenden integrierten technischen Fähigkeiten, unserer umfassenden Erfahrung und unseren globalen Fertigungskapazitäten wusste der Kunde, dass er sich auf Plexus verlassen konnte, um ein außergewöhnliches Produkt mit dem Schwerpunkt auf Null-Fehler-Qualität und perfekte Lieferung zu erhalten. Und die Kliniker und Patienten, die sich auf schnelle, zuverlässige Antworten am Point-of-Care verlassen, können die lebensrettenden Diagnosen und Behandlungen erhalten, die sie benötigen.