AVENIO Edge System

Lernen Sie Manuel und Aria kennen – zwei Labortechniker mit unterschiedlichen Ansätzen für die Probenvorbereitung im Next-Generation-Sequencing: manuell im Gegensatz zu automatisiert. Heute stellen wir ihre Ansätze auf die Probe und schauen, wer seine Zeit effizienter nutzt.

Mit einem Stand von 0:0 beginnt eine weitere arbeitsreiche Woche. Beide beginnen auf ähnliche Weise: mit dem Sortieren, Beschriften und Aliquotieren von Proben, die diese Woche exomsequenziert werden sollen. Nach Abschluss dieser administrativen Aufgaben sind die Proben bereit für die Library Preparation. Bisher gibt es keine Unterschiede zwischen den beiden Laboren. Am Ende des Montags finalisiert Manuel seine Workflow-Parameter und bereitet sein Probenverfolgungsblatt vor, während Aria ihren ersten Library Preparation-Lauf auf dem AVENIO Edge System startet. Während sie nicht im Labor ist, werden ihre Proben bereits automatisch zu barcodierten Libraries verarbeitet – während Manuels Arbeit für diesen Tag endet.

Am nächsten Morgen stellt Aria fest, dass das AVENIO Edge System ihre ersten 48 Proben vollständig verarbeitet hat. Sie plant ihre Library Preparation strategisch, um später mehrere Proben zu multiplexen und einen Target Enrichment Run mit hohem Durchsatz durchzuführen. Manuel hingegen setzt seine langsame, monotone manuelle Pipettier- und Probenladearbeit fort und verliert dabei wertvolle Zeit – beispielsweise für E-Mails oder angemessene Pausen. Das sind weitere 48 Libraries für Aria. Insgesamt 96 im Vergleich zu Manuels 24. Aria muss lediglich weitere 48 Proben auf das AVENIO Edge System laden, das erneut über Nacht arbeitet. Damit sind an nur einem Tag 96 Proben vorbereitet. Ein weiterer Tag geht zu Ende – und es zeigt sich deutlich, dass automatisierte NGS-Probenvorbereitung effizienter ist als manuelle Methoden.

Aria hat ihre 144 Libraries bereits gepoolt und startet nun ihren ersten Target Enrichment-Lauf. Armer Manuel. Seine Hände spüren sicherlich die Belastung durch die ständigen repetitiven Bewegungen. Man fragt sich unweigerlich, ob darunter nicht auch die Qualität seiner Proben leidet. Aria hingegen kann das AVENIO Edge System beruhigt ihre Proben verarbeiten lassen. Sie nutzt ihre Zeit produktiv – etwa für bioinformatische Analysen oder die Zusammenarbeit mit Kollegen. Es ist wirklich schwer anzusehen. Der arme Manuel wird durch veraltete und ineffiziente Methoden ausgebremst – er hat lediglich 64 Libraries verarbeitet, die gerade erst mit dem Target Enrichment beginnen. Während Aria ihren Target Enrichment-Lauf mit 144 Proben bereits abgeschlossen hat, startet sie schon die nächste Library Preparation, bevor der Sequenzierer beladen wird.

Manuel beginnt schließlich mit dem Sequencing seines ersten Batches mit 64 Proben. Dennoch ist das kein Vergleich zu Aria, die bereits 116 Proben sequenziert hat. Da dieser Wettkampf fast entschieden und Manuels manuelle Methode klar unterlegen ist, zeigt Aria sportliche Fairness und zeigt ihm eine bessere Methode. Sie startet einen durchgängigen Run mit Library Preparation und Target Enrichment für 24 Proben. Das AVENIO Edge System arbeitet über das gesamte Wochenende hinweg, sodass die Proben am Montagmorgen sequenzierbereit sind.

Die Zahlen sprechen für sich. Mit dem AVENIO Edge System ist die automatisierte NGS-Probenvorbereitung manuellen Methoden deutlich überlegen. Denken Sie Ihre Arbeitswoche neu. Investieren Sie Ihre Zeit dort, wo sie wirklich zählt.

David Gonzalez de Castro, PhD FRCPath, Co-Director des Precision Medicine Centre of Excellence und Professor für Genommedizin an der Queen’s University Belfast:

Das Precision Medicine Centre, das wir hier an der Queen’s University Belfast PMC nennen, wurde 2018 mit dem langfristigen Ziel gegründet, eine klinische Forschungseinrichtung zu schaffen, die Genomik, digitale Pathologie und Big-Data-Analytik in nahtlos integrierte Workflows zusammenführt, um die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Gesundheitswesen und Wissenschaft im Bereich diagnostischer Dienstleistungen für Krebspatienten zu unterstützen.

Unsere Einrichtung ist ein nach ISO 15189 akkreditiertes Dienstleistungsinstitut und verfügt über eine einzigartige Hybridinfrastruktur, in der wir zwischen Gesundheitswesen, Wissenschaft, der Universität, der Northern Ireland Biobank und unseren Industriepartnern zusammenarbeiten. Unsere langfristige Vision ist es, dass alle Krebspatienten in Nordirland Zugang zu umfassendem genomischem Profiling und zur Integration mit digitaler Pathologie haben. Dadurch erwarten wir, die Diagnose sowie die Bereitstellung individuell zugeschnittener Therapien für die Patienten zu beschleunigen und ihr klinisches Management zu verbessern.

Mit unseren genomischen Labor-Workflows erreichen wir eine Durchlaufzeit von drei Wochen von der Biopsie bis zum genomischen Profiling. Das ist von großer Bedeutung, da man derzeit in den meisten dezentralen Einrichtungen mit einer Durchlaufzeit von sechs bis acht Wochen von der Biopsie bis zu einem umfassenden genomischen Profil rechnen muss. Unsere kurzen Durchlaufzeiten bedeuten, dass zeitnähere Entscheidungen zum Nutzen der Patienten getroffen werden können.

Der genomische Ansatz, den wir hier im Precision Medicine Centre anwenden, hat es uns ermöglicht, neue Veränderungen in Tumorproben zu identifizieren, auf die wir zuvor nicht getestet hatten. Dadurch konnten wir neue Patienten mit Biomarkern identifizieren, die nun Zugang zu zielgerichteten Therapien haben, die sonst nicht verfügbar gewesen wären. Das Diagnostikteam hier hat in den letzten 12 Monaten bereits etwa 3500 Proben getestet, was im Wesentlichen allen Tumorproben entspricht, die jährlich bei uns eingehen.

Im Jahr 2020 sind wir eine Partnerschaft mit Roche und Sunray Analytics eingegangen, um mit Unterstützung von Innovate UK, einem Teil von UKRI, das Action Consortium zu gründen. Das Projekt wurde eingerichtet, um einen integrierten Genomik- und Digitalpathologie-Algorithmus zu entwickeln, der Patientinnen und Patienten mit kolorektalem Karzinom und sehr hohem Rezidivrisiko nach einer Operation mit kurativer Intention vorhersagen soll.

Roche hat Action mit Proben, Daten und Instrumenten unterstützt sowie durch die Kombination modernster NGS-Automatisierung mit digitalen Pathologieplattformen in einem nahtlosen Workflow. In Anerkennung unserer Synergien war dies eine ideale Gelegenheit zu zeigen, wie die Kombination beider Disziplinen bessere klinische Informationen zur Folge hat und damit eine bessere klinische Versorgung ermöglichen kann.

Das Auftreten der globalen Pandemie kurz nach Beginn unserer Zusammenarbeit führte dazu, dass alle Projekte, einschließlich Action, zum Stillstand kamen. Wir haben zwei der drei Projektjahre verloren, und es war eine große Leistung, wieder auf Kurs zu kommen und den gesamten Rückstand in den letzten 12 Monaten aufzuarbeiten. Im Januar 2022 war noch keine der ersten 300 Proben aus dem Action-Projekt analysiert worden. Wir waren auf drei Mitarbeiter angewiesen, die die manuelle Vorbereitung durchführten, was für sie eine sehr große Herausforderung und für das Projekt ein erhebliches Risiko darstellte. Das begann sich zu ändern, als das AVENIO Edge System eintraf.

Peter Stewart, PhD, wissenschaftlicher Leiter für Genomik am Precision Medicine Centre of Excellence:

Wir waren das erste klinische Forschungslabor weltweit, das ein AVENIO Edge Instrument installiert hat. Als ich im Januar 2022 im PMC begann, wurde ich damit beauftragt, das Instrument zu implementieren und validieren zu lassen. Aus unserer Erfahrung wissen wir, dass die Arbeit mit automatisierten Liquid-Handlern mit erheblichen Herausforderungen verbunden sein kann. Sei es die Vielzahl unterschiedlicher Protokolle, die das System ausführen kann, Fragen der Zuverlässigkeit oder der Bedarf an detaillierten und zeitaufwändigen Schulungen des Personals im Umgang mit komplexer Programmierung. Tatsächlich hatte unser Team etwa zwei Jahre benötigt, um Reproduzierbarkeitsprobleme mit dem vorhandenen Liquid-Handler zu beheben.

Beim AVENIO Edge hingegen empfanden wir die Einrichtung und Validierung des Systems als sehr unkompliziert. Das System wurde innerhalb einer Woche installiert, und die einführende Schulung erfolgte über einen Zeitraum von einer Woche. Anschließend konnten wir erste Verifizierungsproben durchführen. Wir führten den Vergleich über mehrere verschiedene Läufe hinweg durch, und als uns unsere externen Kooperationspartner die Analyse zeigten, waren wir sehr erfreut, eine hohe Übereinstimmung zwischen der manuellen Vorbereitung und dem automatisierten Workflow feststellen zu können.

Die automatisierte Probenvorbereitung mit dem AVENIO Edge hat es uns ermöglicht, den Rückstand an Action-Proben innerhalb von nur 14 Monaten abzubauen. Es wäre für uns unmöglich gewesen, all diese Proben mit manuellen Vorbereitungsmethoden innerhalb des projektdefinierten Zeitrahmens und mit den verfügbaren personellen Ressourcen zu verarbeiten.

Das Instrument bietet validierte Forschungsprotokolle, eine durchgängige Nachverfolgung von Proben und Verbrauchsmaterialien sowie integrierte Qualitätskontrollfunktionen im Gerät. Es ermöglicht dem Anwender, das System allein arbeiten zu lassen und den Arbeitsplatz zu verlassen. Dadurch entfallen nicht nur das wiederholte, zeitaufwändige manuelle Pipettieren und andere händische Tätigkeiten, sondern es bedeutet auch, dass wir Sequencing-Workflows nahezu rund um die Uhr durchführen können, was unseren Labordurchsatz und unsere Kapazität erweitert. Gleichzeitig werden Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit verbessert und der Druck auf das Team verringert.

Die AVENIO Edge Reagenzien für Forschungszwecke sind voroptimierte, barcodierte Plug-and-Play-Kits. Man nimmt sie einfach aus dem Gefrierschrank, taut sie auf und setzt sie in das Gerät ein. Normalerweise verbringt man die ersten 30 bis 40 Minuten jedes Tages mit dem Ansetzen eines Master-Mix. Anschließend berechnet das System automatisch die Anzahl der Spitzen sowie die verwendeten Reagenzien und teilt dem Anwender mit, wo diese im Gerät zu platzieren sind.

Sobald das System beladen ist, muss der Bediener lediglich die Frontklappe schließen und auf „Start“ drücken. Vor dem Start des Laufs führt das System eine präanalytische Prüfung durch, um sicherzustellen, dass die richtigen Komponenten geladen wurden. Etwaige Abweichungen werden automatisch gekennzeichnet, und der Lauf startet erst, nachdem die Probleme behoben wurden.

Das AVENIO Edge ist das beste System, das ich bisher gesehen habe, wenn es um die Nachverfolgung von Proben und Reagenzien im NGS-Workflow geht. Die Zuverlässigkeit des AVENIO Edge war bislang fehlerfrei, sodass wir nun daran arbeiten, Protokolle für weitere Workflows zu entwickeln, die bislang eine manuelle Vorbereitung erfordern, und die Probenvorbereitung für andere Sequencing-Projekte auf das AVENIO Edge zu übertragen.

Wir arbeiten mit einem Kooperationspartner zusammen, der uns im Juli 2022 zirkulierende Tumor-DNA (ctDNA)-Proben zur Verfügung gestellt hatte. Inzwischen haben wir mehr als 200 ctDNA-Proben verarbeitet. Die Menge an ctDNA, die uns pro Probe zur Verfügung steht, ist sehr gering. Daher haben wir nur eine einzige Möglichkeit, die ctDNA in einer Library Preparation einzusetzen. Mit dem AVENIO Edge hatten wir das Vertrauen in die Zuverlässigkeit des Systems, dass die Verarbeitung der ctDNA-Probe funktionieren würde. Daher haben wir großes Vertrauen in den Einsatz des AVENIO Edge für zukünftige ctDNA-Projekte.

David Gonzalez de Castro, PhD FRCPath, Co-Director des Precision Medicine Centre of Excellence und Professor für Genommedizin an der Queen’s University Belfast:

Durch den Einsatz des AVENIO Edge Systems können wir Teammitglieder freisetzen, sodass sie in anderen Bereichen des Projekts arbeiten oder sogar neue Projekte übernehmen können, die zusätzlichen Mehrwert schaffen. Das AVENIO Edge System trug entscheidend dazu bei, dass wir unsere Durchlaufzeiten garantiert unter Kontrolle halten können.

Mit Blick auf die Zukunft möchten wir sicherstellen, dass mehr Krebspatienten Zugang zu einem umfassenden genomischen Profiling ihrer Tumoren erhalten und damit Zugang zum gesamten Spektrum der ihnen verfügbaren zielgerichteten Therapien haben.