Dr. Stefanie Grimm, Senior Produktmanagerin Mass Spec und
Katrin Arnhard, Mass Spec Regional Customer Partnerin

In der Zukunft des klinischen Labors werden Innovationen aus der Spezialanalytik in die automatisierte Routine integriert. Im sich ständig weiterentwickelnden Bereich der Diagnostik sehen sich Laborleiter mit einer Vielzahl Herausforderungen konfrontiert. Sie reichen von Personalmangel und Budgetbeschränkungen bis hin zu einem ganzheitlicheren Ansatz in der Patientenversorgung. Um diese Herausforderungen zu meistern und ihre diagnostischen Angebote zu ergänzen, suchen Laborleiter nach Möglichkeiten, in Zukunft neue Technologien zu automatisieren und zu integrieren.

Die Massenspektrometrie ist eine leistungsstarke analytische Technik zur Identifizierung und Quantifizierung kleiner Moleküle sowie Peptiden und Proteinen anhand ihres Masse-zu-Ladung-Verhältnisses, die sich in den letzten Jahrzehnten in klinischen Laboren entwickelt hat.¹ Die traditionelle Massenspektrometrie unterliegt jedoch noch gewissen Beschränkungen in Bezug auf Automatisierung und Integration.

Hier kommt die nächste Generation der Massenspektrometrie ins Spiel. Sie beginnt, diese Einschränkungen zu überwinden und ermöglicht Labore dadurch, analytische Technologien zu ergänzen und ihre diagnostischen Produkte zu erweitern.

Kathrin Arnhard und Stefanie Grimm aus Roche Diagnostics Deutschland beleuchten heute die Erkenntnisse und wichtigsten Merkmale, die die Labore von morgen prägen - Automation, Integration und Standardisierung. Laborleiter suchen nach innovativen Technologien, um nicht nur die Effizienz zu optimieren, sondern auch ein umfassenderes klinisches Verständnis zu ermöglichen.

Die Massenspektrometrie steht bei Labortechnologien an vorderster Front. Gekennzeichnet durch ihre hohe analytische Leistung, insbesondere in Bezug auf Sensitivität und Spezifität, wird sie von vielen als Goldstandard für bestimmte klinische Indikationen angesehen.²

Als fortschrittliche Technologie kann die Massenspektrometrie erheblich zur Patientenversorgung beitragen, indem sie konventionelle Methoden übertrifft. In der Endokrinologie erweist sich die Massenspektrometrie als unverzichtbares Instrument für die genaue Analyse von Hormonen und Biomarkern, indem sie die Komplexität von endokrinen Erkrankungen entschlüsselt und personalisierte Behandlungspläne erleichtert.³ Im Therapeutischen Drug Monitoring (TDM) zeichnet sich die Massenspektrometrie dadurch aus, dass sie durch präzise Messungen der Medikamentenkonzentration optimale Dosierungen sicherstellt, was die therapeutische Wirksamkeit fördert und gleichzeitig Nebenwirkungen minimiert.⁴ Darüber hinaus ermöglicht ihre Präzision im Bereich der Drogentests (DAT) die genaue Erkennung und Quantifizierung von Substanzen und bietet so eine umfassende Basis für detaillierte toxikologische Bewertungen.⁵

Im Kern deckt die Massenspektrometrie den vielfältigen ungedeckten Bedarf des Labors, insbesondere in Bezug auf niedrige Messbereiche und genaue Steroidquantifizierung ab. Sie bietet eine vielseitige Lösung, die Sensitivität, Spezifität und den klinischen Wert in kritischen Bereichen verbessert.

Die Massenspektrometrie dient als wertvolle Ergänzung zu den bestehenden Technologien in der klinischen Diagnostik und schafft eine synergistische Beziehung mit herkömmlichen Methoden wie Immunoassays. Ein Beispiel dafür ist die Analyse von Testosteron.⁵ Die aktuellen hochmodernen Immunoassays liefern effiziente und aussagekräftige Ergebnisse zur Interpretation und Diagnose von Testosteronspiegeln bei gesunden Männern. Wenn es jedoch darum geht, Testosteron bei pädiatrischen Patienten mit vorzeitiger oder verzögerter Pubertät zu messen, stoßen Immunoassay-Technologien aufgrund der äußerst niedrigen Konzentrationen des in diesen Proben nachweisbaren Testosterons an ihre Grenzen. Dieses Szenario kann die rechtzeitige Diagnose erschweren und potenzielle Behandlungen komplizieren. In einem solchen klinischen Kontext erweist sich die Massenspektrometrie als entscheidende Technologie, die präzise und genaue Messungen für schwierige Patientengruppen bietet.⁶

Dieses Beispiel unterstreicht, dass sich Massenspektrometrie und Immunoassays ideal ergänzen. Gemeinsam tragen sie zu einem umfassenden Ansatz in der klinischen Diagnostik bei und bilden die Grundlage für eine optimale Patientenversorgung.

Derzeit wird die Massenspektrometrie in klinischen Laboratorien oft in separaten Räumlichkeiten oder Bereichen untergebracht, die über spezialisiertes Personal verfügen, anstatt vollständig in das zentrale Labor integriert zu sein. Dieses Setup weist Einschränkungen auf, insbesondere in Bezug auf Effizienz und den Probenworkflow zwischen den verschiedenen Laborabteilungen. Idealerweise sollte die Massenspektrometrie in Zukunft nahtlos in das Routinelabor integriert werden, sodass Techniker Patientenproben umfassend abarbeiten können. Diese Integration würde die Synergie unterschiedlicher Technologien, wie Immunoassays und Massenspektrometrie, vereinfachen. Durch die Kombination verschiedener Parameter, die von unterschiedlichen Technologien erfasst werden, können die diagnostischen Fähigkeiten des Labors insgesamt verbessert werden.

Im heutigen Umfeld stehen klinische Labore vor verschiedenen Herausforderungen, darunter Budgetbeschränkungen, Personalmangel und räumliche Überlegungen. Gleichzeitig gibt es eine zunehmende Nachfrage nach der Verarbeitung einer steigenden Anzahl von Proben bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung hoher Qualitätsstandards und der Bereitstellung eines erheblichen medizinischen Nutzens. Diese Erwartungen zu erfüllen, insbesondere im Kontext fortschreitender Diagnostik, erfordert eine strategische Integration von Technologien.

Die Massenspektrometrie erweist sich als wertvolle Lösung für Labore, die versuchen, diese Herausforderungen zu meistern. Durch die Implementierung der Massenspektrometrie können Labore ihr Testmenü erweitern, indem sie neue Parameter, Paneltests und zusätzliche Probenarten einbeziehen. Diese Technologie hat aufgrund ihrer hohen Selektivität und Sensitivität das Potenzial, qualitativ hochwertige Ergebnisse zu liefern. Sie kann jedoch insbesondere für komplexe Patientenkohorten, wie zum Beispiel bei der Testosteronanalyse, noch wertvoller sein. Die Massenspektrometrie erweitert nicht nur die diagnostischen Fähigkeiten des Labors, sondern ermöglicht es ihnen auch, einen Unterschied in der Patientenversorgung zu machen.

Obwohl die Massenspektrometrie das Potenzial hat, die Leistung des Labors erheblich zu verbessern und das Angebot zu erweitern, sind mit der Implementierung der Massenspektrometrie im Labor bestimmte Überlegungen und potenzielle Herausforderungen verbunden.

• Komplexe Technologie: Die Massenspektrometrie ist eine anspruchsvolle Technologie, die aufgrund ihrer Komplexität in Bezug auf Hardware-Setup, analytische Workflows und Datenauswertung eine Herausforderung darstellen kann.

• Hohe Investitionen für Hardware: Die Anschaffung von Massenspektrometrie-Hardware erfordert eine erhebliche finanzielle Investition.

• Begrenzte Automatisierung: Die Technologie kann einen hohen manuellen Arbeitsaufwand erfordern, da die Automatisierungsoptionen begrenzt sein können.

• Herausforderungen bei der Integration: Die Massenspektrometrie lässt sich möglicherweise nicht nahtlos in das zentrale Labor integrieren, was potenziell die Effizienz des Workflows und die Durchlaufzeiten beeinflusst.

• Experten-Schulung: Eine ausreichende Schulung des Personals ist entscheidend, und der Bedarf an ausgebildeten Fachkräften kann in der aktuellen Laborlandschaft eine Herausforderung darstellen und den Zugang zu dieser Technologie einschränken.

• Servicekosten und -aufwand: Wartungs- und Servicekosten sollten berücksichtigt werden, da sie den Gesamtaufwand für eine effektive Implementierung erhöhen können.

Trotz dieser Überlegungen können sorgfältige Planung und strategisches Management diese Herausforderungen mildern, sodass Labore die Vorteile der Massenspektrometrie nutzen können.

Automatisierung, Integration und Standardisierung werden in den Laboren der Zukunft voraussichtlich vorherrschen. Diese Merkmale werden dazu beitragen, die Herausforderungen zu adressieren und Effizienz sowie optimierte Prozesse in vielen Einrichtungen zu fördern. Von klinischen Laboren wird erwartet, dass sie nicht nur individuelle Analyseergebnisse liefern, sondern ein umfassendes klinisches Bild liefern. Darüber hinaus wird die Integration von weiteren Funktionen, wie z. B. Algorithmen, die Patientendaten und Messergebnisse kombinieren, entscheidend sein, um ein vollständiges klinisches Verständnis zu erhalten und Ärzte dabei unterstützen,fundierte klinische Entscheidungen zu treffen.

Im Labor der Zukunft geht es darum, verschiedene Elemente zusammenzubringen:

• Instrumente und Arbeitsabläufe für eine schnelle, genaue und präzise Analyse von Patientenproben.

• Zusammenführung von Ergebnissen aus verschiedenen technologischen Disziplinen, um ein umfassendes klinisches Bild zu schaffen.

• Ganzheitliche und idealerweise prädiktive Interpretation klinischer Daten zur Optimierung der Patientenversorgung

Der spannendste Aspekt der Zukunft der Labore ist die Verwirklichung einer ganzheitlichen Verknüpfung von Patientendaten und Messergebnissen, um das klinische Gesamtbild zu vervollständigen. Die Aussicht, dass Labore nahtlos fortschrittliche Technologien sowie Automatisierung und datengesteuerte Algorithmen integrieren, um nicht nur die Effizienz zu steigern, sondern auch ein umfassenderes klinisches Verständnis zu liefern, treibt uns jeden Tag an.

Dieser ganzheitliche Ansatz, der die Interpretation klinischer Daten auf eine prädiktive Weise einschließt, birgt das Versprechen, die Patientenversorgung zu transformieren. Diese Entwicklung ermöglicht uns eine Zukunft, in der das Labor eine zentrale Rolle bei der Bereitstellung optimierter patientenzentrierter Gesundheitslösungen spielt.

Quellen:
Garg E. and Zubair M. (2023). Mass Spectrometry. Treasure Island: StaatPearls Publishing. Available from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK589702/ [Accessed February 2024] 

1. Rankin-Turner S. and Heaney L. (2023). CCLM 61, 873-879. Paper available from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/cclm-2022-0984/html [Accessed February 2024]

2. Conklin S. and Knezevic C. (2020). Clin Biochem 82, 21-32. Paper available from https://doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2020.03.008 [Accessed February 2024]

3. Jannetto P. (2017). Mass Spectrometry for the Clinical Laboratory. Academic Press. Chapter available from  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128008713000080#:~:text=The%20use%20of%20mass%20spectrometry,used%20to%20measure%20these%20compounds. [Accessed February 2024]

4. Harper L, Powell J, and Pijl E. (2017). Harm Reduct J 14. Paper available from https://harmreductionjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12954-017-0179-5#Sec3 [Accessed February 2024]

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6. National Research Council (US) Committee on Prudent Practices in the Laboratory. (2011). Prudent Practices in the Laboratory: Handling and Management of Chemical Hazards. Washington DC: National Academies Press (US). Chapter available from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK55867/ [Accessed February 2024]