21.08.2025
Aminosäureanalysatoren in Forschung und Diagnostik - Präzise, robust und effizient: Die Stärken einer bewährten Technik
Dr. Thorsten Heinlein , Membrapure Gesellschaft für Membrantechnik GmbH
Ob in der klinischen Diagnostik, Pharmazie, Lebensmittelanalyse oder in der laborgestützten Forschung: Die Aminosäureanalytik ist in vielen Anwendungsgebieten ein wichtiges Instrument. Dabei ist es entscheidend, dass sich Aminosäuren präzise bestimmen und selbst in kleinsten Mengen nachweisen lassen.
Genau hier liegt oftmals die größte Herausforderung. Hinzu kommen regulatorische Bestimmungen und der Anspruch, dass die verwendete Technik möglichst robust und wartungsarm sein soll. Dieses Spannungsfeld lösen moderne Aminosäureanalysatoren auf.
Aminosäuren kommen in allen bekannten Lebewesen vor, entdeckt wurden sie vor gut 200 Jahren. Die erste Aminosäure, das Asparagin, wurde 1805 erstmals in einem Pariser Labor aus Spargelsaft isoliert, in den folgenden Jahren wurden andernorts weitere Aminosäuren isoliert und ihre Struktur aufgeklärt.
Die Aminosäureanalytik entwickelte sich jedoch erst deutlich später: Die ersten chromatographischen Trennungen von Aminosäuregemischen fallen in die 1940er-Jahre und gehen auf Arbeiten der Biochemiker Richard Synge und Archer Martin zurück. Die US-amerikanischen Biochemiker William Howard Stein und Stanford Moore arbeiteten in den 1940er- und 1950er-Jahren an der Entwicklung eines Aminosäureanalysators, die ersten Geräte wurden ab 1958 durch Beckman Instruments vertrieben. Die beiden Wissenschaftler wurden 1972 "für ihren Beitrag zum Verständnis der Verbindung von chemischer Struktur und katalytischer Aktivität des aktiven Zentrums des Enzyms Ribonuklease" sogar mit dem Nobelpreis geehrt.
Aminosäureanalysatoren sind robust und wartungsarm
Inzwischen ist die Aminosäureanalytik fester Bestandteil in diversen Anwendungsgebieten. Sie ist unentbehrlich, um Komponenten zu verstehen, Produkte zu optimieren, Sicherheit zu gewährleisten und Produktfälschung zu verhindern.
Die Aminosäureanalysatoren, die auf die Forschungen von Stein und Moore zurückgehen, werden heute jedoch mitunter als aussterbende Art abgetan - zu Unrecht. Denn für die Aminosäureanalytik bieten sie gegenüber den anderen dafür in Frage kommenden Systemen unschlagbare Vorteile.
Denn Aminosäureanalysatoren sind äußerst robuste und störunanfällige Systeme. Die zu untersuchenden Proben müssen zwar wie bei allen anderen Messmethoden aufbereitet werden, aber in deutlich geringerem Umfang und mit weniger Aufwand, als dies bei anderen Methoden - zum Beispiel LC-MS/MS oder HPLC - notwendig wäre. Die Analysatoren können selbst hohe Salzkonzentrationen, wie sie beispielsweise in Tierfuttermittel vorkommen, abdecken, die Technik leidet darunter nicht und liefert genaue Ergebnisse. Die Systeme werden als sehr wartungsarm geführt und weisen sehr oft einen sehr geringen Verbrauch an Eluenten auf. Manche Systeme haben auf langlebige LED-Photometer umgestellt, so dass der Austausch von Quarz-Lampen entfällt. Manche Anbieter haben Ihre Rezepturen der Eluenten angepasst, so dass das giftige Phenol als Additiv nicht mehr verwendet werden muss.
Dass sie im Grunde "unkaputtbar" sind, hebt sie deutlich von den vergleichbaren Systemen Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (LC-MS/MS) und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) ab und macht sie zu einer effizienten Alternative. Zwar sind LC-MS/MS und HPLC die moderneren Systeme für die Aminosäureanalytik, sie sind aber in der Anschaffung und im Betrieb über die Zeit kostenintensiver. Auch zeichnen sich diese Systeme in Ihrer Benutzerfreundlichkeit aus, so dass die Einarbeitung neuer Nutzer schnell und unkompliziert zu realisieren ist. Außerdem werden die Aminosäureanalysatoren immer noch als Bestätigung der Ergebnisse für die LCMS/MS eingesetzt, da dies nach wie vor der Goldstandard für die Aminosäureanalytik ist.
In diversen Einsatzszenarien valide Ergebnisse
Aus diesen Gründen werden Aminosäureanalysatoren in diversen Anwendungsszenarien eingesetzt. Vor allem in der Lebensmittelanalytik sind sie unerlässlich, weil sie eben selbst hohe Salzkonzentrationen, wie sie in bestimmten Proben vorkommen können, abdecken und auch durch komplexe Matrices wenig beeinflusst werden. Auch medizinische Spezialnahrung (z.B. für Kinder- und Erwachsene mit einer Stoffwechselerkrankung) kann mit diesen Systemen überprüft werden: Die Tests können nachweisen, ob diese Nahrung den beabsichtigen Nährwert tatsächlich enthält. Somit erfüllen die Analysatoren die Aufgabe der Aminosäureanalyse als Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie und gewährleisten die Lebensmittelsicherheit und den Schutz von Verbraucherinnen und Verbrauchern. Gleiches trifft auf Tierfuttermittel zu. Eine optimierte Balance der Aminosäuren ist hier notwendig, um optimiertes und schnelles Wachstum der Masttiere zu garantieren.
In der klinischen Diagnostik ist die Aminosäureanalyse ebenfalls ein unverzichtbares Werkzeug, um die inneren Abläufe des menschlichen Körpers besser zu verstehen, Krankheiten zu diagnostizieren und ihren Verlauf zu überwachen. Die Technik hat sich in diesem Bereich bewährt, weil sie konsistente Ergebnisse aus verschiedenen Probentypen liefert - sei es Blutplasma, Urin oder Rückenmarksflüssigkeit. Zertifizierte Referenzmaterialien und Kalibierstandards stellen die Gültigkeit der Ergebnisse sicher, die Teilnahme an Ringstudien (z. B. ERNDIM) bietet zudem einen Vergleich mit den unterschiedlichsten Analysetechniken und gleichzeitig eine Bestätigung, wenn die tatsächlichen Werte erreicht werden.
Analysatoren können zum Beispiel selbst leicht erhöhte Homocysteinwerte nachweisen, die auf ein erhöhtes Risiko für einen Herzinfarkt oder Schlaganfall hindeuten können. Zusätzlich können Aminosäureanalysatoren Veränderungen im Aminosäuremetabolismus speziell bei Typ-2-Diabetes identifizieren, was bei der Diagnose und Behandlung hilfreich sein kann.
Zudem können sie die Phenylalanin- und Tyrosinwerte im Blut von Kindern messen und so Hinweise auf die angeborene Stoffwechselerkrankung Phenylketonurie (PKU) oder die Ahornsirupkrankheit (engl.: Maple syrup urine disease, MSUD) geben. Ebenso lassen sich durch die quantitative Bestimmung weiterer Aminosäuren andere angeborene Aminostoffwechselstörungen, wie zum Beispiel Tyrosinämie, Homocystinurie oder nicht-ketotische Hyperglycinämie, bei Neugeborenen diagnostizieren.
Ein weiteres Einsatzgebiet ist die laborgestützte Forschung. Dort können zum Beispiel Aminosäurewerte in Zellkulturmedien nachgewiesen und der Aminosäuregehalt genau bestimmt werden. Dadurch sind Analysen für die Beurteilung des Aminosäuregleichgewichts in Wachstumsmedien und Fermentationsbrühen, welche für die Kultivierung von Zellen und Mikroorganismen verwendet werden, äußerst hilfreich. Eine Anbindung an ein Laborinformations- und Managementsystem (LIMS) sorgt für eine Integrierung in die Laborwelt in allen Bereichen.
Veränderte regulatorische Anforderungen
Besonders im klinischen Bereich ist bei der Anschaffung eines Aminosäureanalysators darauf zu achten, dass er den regulatorischen Bestimmungen entspricht. So trat im Mai 2022 eine neue EU-Verordnung für In-Vitro-Diagnostika, die IVDR 2017/746, in Kraft. Damit änderte sich auch die Zulassung von IVD-Produkten in der EU: Produkte und Hersteller müssen nun höhere Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Nutzen erfüllen. Erforderlich ist unter anderem ein Qualitätsmanagementsystem für die Entwicklung, Produktion und Überwachung der Produkte im Markt. Ebenso braucht es ein Risikomanagementsystem, um sicherzustellen, dass die unternehmensspezifische Risikopolitik über den Lebenszyklus der Produkte gelebt und eingehalten wird.
Die in Laboren eingesetzten Aminosäureanalysatoren müssen daher bestimmte gesetzliche Anforderungen erfüllen und entsprechend für die einzelnen IVDR-Risikoklassen zertifiziert sein. Laborbedarf wie Aminosäureanalysatoren bestimmter Hersteller fällt unter die Klasse A und muss ein entsprechendes Konformitätsbewertungsverfahren durchlaufen. Auch die Verwendung der entsprechenden Eluenten ist ein wichtiger Faktor. Diese werden auf die jeweiligen Methoden angepasst und nur die Verwendung der vom Hersteller freigegebenen und zertifizierten Eluenten sichert die IVD-Konformität.
Fazit
Die Aminosäureanalytik ist in zahlreichen Anwendungsfeldern wie der Diagnostik bis zur Lebensmittelprüfung hin unverzichtbar und stellt hohe Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit. Trotz moderner Methoden wie LC-MS/MS behaupten sich klassische Aminosäureanalysatoren dank ihrer Robustheit, wartungsarmer Betrieb, Kosteneffizienz und Umweltfreundlichkeit als effiziente Alternative. Sie liefern auch bei komplexen Proben valide Ergebnisse und sind leicht zu bedienen.